Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
Упражнения
14.1. Электронная конфигурация кальция и22з22рвЗз2ЗрЧз2. Объясните*, почему кальций обладает металлической проводимостью.
14.2. Нарисуйте структуру энергетических зон кремния с шириной запрещенной зоны 1,1 эВ. Какие элементы можно вводить в кремний, чтобы он стал полупроводником р-типа? Нарисуйте получающуюся при этом
Литература
93!
структуру энергетических уровней с акцепторными уровнями, расположенными на 0,01 эВ выше потолка валентной зоны. Какая доля акцепторных, уровней будет заполнена при комнатной температуре? Предположим, что-вероятность возбуждения электронов пропорциональна ехр(—Е/кТ). Какова концентрация носителей заряда, образующихся в результате введения Ю-4 ат. о/0 примесей? Какова была бы концентрация собственных носителей заряда при комнатной температуре в отсутствие примесей? При какой температуре концентрация собственных носителей заряда станет равной концентрации примесных носителей?
14.3. Ответьте на предыдущие вопросы для германия, у которого ширина запрещенной зоны 0,7 эВ.
14.4. Почему в полупроводниковых приборах целесообразно использовать материалы с широкой запрещенной зоной между валентной зоной и зоной проводимости, но с близко расположенными у потолка валентной зоны (или у дна зоны проводимости) примесными уровнями?
14.5. Все галогениды калия прозрачны для белого света. Рассчитайте длину волны, при которой они становятся прозрачными. Данные о ширине-запрещенной зоны соответствующих соединений приведены в табл. 14.2.
Литература
Существует множество книг, посвященных вопросам зонной теории, физики и химии полупроводников. В приведенном списке литературы указаны лишь те из них, в которых эти проблемы обсуждаются без привлечения серьезного-математического аппарата.
1. Barrett С, Massalski Т. В., Structure of Metals, Pergamon, 1982.
2. Goodenaugh J. В., Hong H. Y-P., Kafalas J. A., Fast Na+ ion Transport in-Skeleton Structures, Mat. Res. Bull., 11, 203 (1976).
3. Moore W. J., Seven Solid States, Benjamin W. A., 1967.
4. Pascoe K. /,, Properties of Materials for Electrical Engineers, Wiley, 1973.
5. Philips C. S. G„ Williams R. J. P., Inorganic Chemistry, Oxford, 1965.
6. Rose R. M„ Shepard L. A., Wulff J., The Structure and Properties of Materials., IV. Electronic Properties, Wiley, 1966.
7. Уэрт Ч., Томпсон P. Физика твердого тела. — М.: Мир, 1969.
8. Wright D. A, Semiconductors, Methuen, 1966.
Дополнительная, литература. До/сонс Г. Теория зон Бриллюэна и электронные состояния в кристаллах. — М.: Мир, 1968; Иоффе А. Ф. Физика полупроводников. — М. — Л.: Изд-во АН СССР, 1957; Соколовская Е. М„ Гузей Л. С. Металлохимия. — М.: Изд-во МГУ, 1986, гл. 1; Френкель Я. И. Введение в-, теорию металлов. — Л.: Наука, 1972, ч. 2; Шульце Г. Металлофизика. — М.:: Мир, 1971, гл. 11.
Глава 15
ДРУГИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Наряду с электропроводностью, которой были посвящены гл. 13 и 14, твердые тела обладают рядом других электрических свойств, наиболее важные из которых рассмотрены в настоящей тлаве.
15.1. Термоэлектрические явления
В месте контакта двух разнородных металлов возникает э. д. с, величина которой зависит от а) природы металлов и б) температуры. Если металлический стержень находится в зоне с градиентом температуры, то в нем возникает э. д. с, величина которой также зависит от а) природы металла и б) величины температурного градиента. Подобные явления подразделяются на ряд разновидностей, составляющих в целом труппу термоэлектрических явлений, на которых основана работа термопар, используемых для измерения температуры, термоэлектрических холодильных установок и термоэлектрических источников энергии.
15.1.1. Эффект Томсона
Наличие градиента температуры вдоль однородного проводника, например металлического стержня, приводит к возникновению градиента потенциала А У. Происхождение этого явления, известного под названием эффекта Томсона, можно понять, рассматривая электроны проводимости в металле как частицы, подвижность и кинетическая энергия которых возрастает с температурой. При установившемся температурном градиенте тепловая энергия электронов на горячем конце стержня больше, чем на холодном, и таким образом от горячего конца к холодному переходит большее количество носителей заряда, чем в обрат
15.1. Термоэлектрические явления
95
гюм направлении. В итоге на холодном конце возникает избыток электронов и, следовательно, отрицательный полюс разности потенциалов.
Эффект Томсона можно объяснить также на основе зонной теории (рис. 15.1). На горячем конце электроны проводимости распределены в некотором интервале энергетических уровней, расположенных по обе стороны уровня ЕР (рис. 15.1, а); подобное распределение устанавливается и на холодном конце, но интервал энергетических уровней в этом случае уже (рис..
горячий конец
Ер В Ег холодный конец
Рис. 15.1. Эффект Томсона.
15.2, б). «Самые горячие» электроны (т. е. обладающие наибольшей энергией) занимают на горячем конце более высокие-уровни энергии, чем на холодном, поэтому от горячего к холодному концу возникает дрейф электронов, величина которого-зависит от Д7\ Результирующая э. д. с. задается соотношением
