double arrow

Электронные свойства твердых тел


В соответствии с принципом запрета Паули, в самом нижнем энергетическом состоянии могут находиться только два электрона (с противоположными спинами). Электронов много, поэтому большее их число находится на уровнях значительно выше нижнего энергетического уровня.

Рис. 3. Функция распределения Ферми –Дирака.

При T = 0 К все уровни, вплоть до уровня Ферми, заняты, а все уровни выше уровня Ферми WF - свободны. На рис.3 показана функция распределения Ферми - Дирака для электронного газа в металле, где f(W) - вероятность заселения уровня с энергией W.

При Т > 0 К благодаря тепловому возбуждению электроны заселяют некоторые из свободных энергетических состояний, а уровню Ферми WF соответствует вероятность заполнения 1/2.

В твердом геле атомы образуют кристаллическую решетку - периодическую систему. Решетка влияет на электронные состояния атомов. Их разрешенные состояния завися! от структуры кристаллической решетки. Разрешенные уровни для электронов в твердом геле находятся внутри строго определенных зон. Между такими зонами электрон находится не может (запрещенная зона). Различают следующие энергетические зоны для электронов в твердом теле: заполненные зоны, валентная зона, зона проводимости.




Валентная зона - это самая высокая заполненная зона в распределении электронов по энергиям.

Зона проводимости - это состояния электрона, занятые частично, либо совсем не занятые.

Между валентной зоной и зоной проводимости находится запрещенная зона шириной ЕЗ. В зависимости от ее ширины твердое тело может относиться к металлам, изоляторам или полупроводникам.

В диэлектрике ширина запрещенной зоны ЕЗ >> kТ и теплового возбуждения недостаточно для попадания электрона в зону проводимости.

В проводнике зона проводимости перекрывается с валентной зоной или зона проводимости частично заполнена.

В полупроводнике ширина запрещенной зоны ЕЗ » kТ, и тепловое возбуждение может забросить электрон из валентной зоны в зону проводимости. В зоне проводимости образуется свободный носитель (электрон). Одновременно в валентной зоне образуется незанятое энергетическое состояние (дырка), с зарядом, равным заряду электрона, только со знаком плюс.







Сейчас читают про: