• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Запрещенная зона

Зоны проводимости и валентная отделены запрещенной зоной (ЗЗ) –
рис. 1, в которой отсутствуют все носители зарядов (энергетическая щель). Физический смысл ЗЗ состоит в том, что ее ширина есть энергия, необходимая для переброса электрона из ВЗ в ЗП:

(1)

В формуле (1) Wc – минимальная энергия дна зоны проводимости, эВ;
Wy – максимальная энергия потолка валентной зоны, эВ.

В соответствии с этим, ширина ЗЗ при абсолютной нулевой температуре является основополагающим критерием в классификации электротехнических материалов по электропроводящим свойствам [4]. Так у металлов ВЗ и ЗП часто взаимно перекрываются, поэтому при T = 0 K металл электропроводен (рис. 2, а).


Рис. 2. Энергетические диаграммы металлов (а), полупроводников (б) и диэлектриков (в)

При этом в металле электроны свободны и могут легко переходить с уровней заполненной вакантной зоны на незанятые уровни зоны проводимости под влиянием даже слабой напряженности приложенного к проводнику электрического поля. Электропроводность металлов характеризуется величиной электронной проводимости или удельным сопротивлением .

Ширина ЗЗ у полупроводников составляет , т.е. достаточно узка, поэтому при некоторой температуре, отличной от нуля, часть валентных электронов за счет упомянутого теплового возбуждения приобретает дополнительную энергию, достаточную для разрыва ковалентной связи и перехода в зону проводимости, где они становятся свободными, а полупроводник – электропроводным (рис. 2,б). В чистых (собственных) полупроводниках ширина ЗЗ составляет – для германия (Ge–32) или , для кремния (Si–14) или .Удельное сопротивление полупроводников находится в пределах .

Диэлектриками являются материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронная электропроводность в обычных условиях не наблюдается. Ширина ЗЗ диэлектриков , а электропроводность составляет величину , т.е. чрезвычайно мала. Как было упомянуто ранее, тепловое движение атомов, а также внешнее электрическое поле в обычных условиях не в состоянии сообщить электрону энергию для переброса электронов из ВЗ в ЗП. Эта энергия должна быть не менее чем ширина запрещенной зоны [5].

Напомним, что 1эВ есть величина энергии, обусловливающая ширину энергетических состояний (полос, уровней и т. д.) в твердом теле, которая приобретается или теряется электроном при его перемещении между двумя точками электрического поля, потенциалы которых различаются на 1эВ. Энергия

1эВ = 1,6•10-19Дж, а 1Дж = 6,24•1018эВ.

На рис. 1 отмечен также уровень Ферми WF, характеризующий величину энергии электронов с вероятностью заполнения этого уровня, равную 0,5 при отличной от абсолютного нуля температуре.


В зонной теории твердого тела этот уровень, называемый также электрохимическим (иногда химическим) потенциалом, имеет важнейшее значение, поскольку, являясь функцией концентрации носителей заряда, определяет в итоге вероятность преодоления электронами запрещенной зоны и степень электропроводности полупроводника в целом [6]. Как видно из рис. 1, в собственном полупроводнике WF находится в середине ЗЗ. Это легко понять, если учесть, что процесс активации (переброс) электронов из ВЗ в ЗП требует величину энергии, равную ширине запрещенной зоны, одна половина которой затрачивается на переброс электронов, а другая – на образование в ВЗ такого же числа дырок. Таким образом, энергия должна делиться на две равные части, а начало отсчета для этих процессов должно находиться в середине ЗЗ. Поэтому уровень Ферми можно трактовать как энергию, от которой происходит процесс возбуждения электронов и дырок и которая является средней энергией, приходящейся на каждый из носителей заряда [7].

p-n переход и его вольтамперная характеристика

Приведя в тесное соприкосновение два примесных полупроводника n- и p-типов, получим электронно-дырочный, или p-n переход...

читать далее

Стабисторы

Необходимо отметить, что существующие стабилитроны имеют ограничение по величине минимального напряжения стабилизации...

читать далее

Применение фотодиодов

Фотодиоды применяют в различных областях науки и техники. Это обусловлено чувствительностью фотодиодов в видимой...

читать далее


мелатонин купить
superprotein.ru
кленбутерол купить в украине
steroid-farma.com.ua
духи Artis, стойкие духи
perfumeforme.ru