Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бутиков Е.И. -> "Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества" -> 135

Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества — М.: Физматлит, 2004. — 335 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyauglubleniyaizucheniya3stroenieisvoystva2004.pdf
Предыдущая << 1 .. 129 130 131 132 133 134 < 135 > 136 137 138 139 140 141 .. 151 >> Следующая


Частота плазменных колебаний сор представляет собой граничную частоту для электромагнитных волн, которые могут распространяться в плазме. Волны с частотой, меньшей сор, не могут проникать в плазму, так как низкочастотные электромагнитные поля таких волн экранируются заряженными частицами плазмы. Падающая на границу плазмы волна при ш < сор отражается от границы. Если же частота электромагнитной волны выше плазменной частоты, то такая волна проникает в плазму.

Концентрация свободных электронов в щелочных металлах такова, что частота плазменных колебаний соответствует ультрафиолетовой области спектра. Поэтому в ультрафиолетовой области щелочные металлы прозрачны, хотя в видимой и инфракрасной областях спектра хорошо отражают падающее на них излучение. Напомним, что для ионосферной плазмы граница прозрачности попадает в диапазон метровых радиоволн.

• Поясните, почему распределение электронов проводимости в металле по разрешенным энергетическим уровням резко отличается от соответствующего распределения для газа классических частиц, хотя поведение отдельного электрона проводимости в кристалле сходно с поведением классической свободной частицы.

• Что такое импульс Ферми? Как эта величина связана с концентрацией электронов проводимости в металле?

• Что такое энергия Ферми? Как оценить скорость электрона в металле, обладающего энергией, равной энергии Ферми?

• Чем объясняется малый по сравнению с кристаллической решеткой вклад электронов проводимости в теплоемкость металлов?

• Поясните, почему теплоемкость вырожденного электронного газа пропорциональна температуре, в то время как теплоемкость классического газа от температуры не зависит.

• Что такое время релаксации для электронов в металле? Разъясните смысл этого понятия на примере затухания направленного движения электронов.
300

VII. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

• Как объясняется закон Ома на основе представлений об эффективной силе трения, действующей на электроны проводимости при их направленном движении под действием электрического поля?

• Почему, в противоположность классической плазме, электронный газ в металлах с увеличением концентрации приближается по своим свойствам к идеальному газу?

• Покажите, что энергия кванта плазменных колебаний в реальном металле превосходит максимальную энергию отдельного электрона. К каким следствиям это приводит?

• Почему, строго говоря, свободные электроны в металле некорректно рассматривать как идеальный газ?

• Чем объясняется прозрачность щелочных металлов в ультрафиолетовой области спектра?

§ 36. Электронные свойства полупроводников

Как уже отмечалось, электрические свойства полупроводников очень сильно зависят от наличия и концентрации тех или иных примесей. Чтобы разобраться в этих вопросах, нужно иметь представление о природе и энергетическом спектре состояний электронов, связанных с атомами примесей.

Роль примесей в полупроводниках. Наибольшее влияние на свойства полупроводников оказывают так называемые донорные и акцепторные примеси (или доноры и акцепторы). О донорах мы уже упоминали в § 34 при классификации полупроводников. Наличие донорных примесей в кристалле приводит к появлению дополнительных разрешенных электронных уровней энергии, лежащих в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. Акцепторные примеси приводят к появлению дополнительных уровней в запрещенной зоне, лежащих вблизи потолка валентной зоны. Важно, что в обоих случаях примесные уровни отделены от соответствующих разрешенных зон энергетическими интервалами, малыми по сравнению с шириной запрещенной зоны.

Доноры. В качестве простого примера донорного центра в полупроводнике рассмотрим кристалл кремния, в котором один из узлов решетки занят атомом фосфора (рис. 116). Кремний кристаллизуется в решетке типа алмаза, где каждый атом имеет четыре ближайших соседа, расположенных в вершинах правильного тетраэдра, в центре которого находится рассматриваемый атом. Четыре электрона из внешней электронной оболочки каждого атома участвуют в образовании направленных ковалентных связей с четырьмя окружающими его такими же атомами кремния. В картине энергетических зон кристалла кремния эти электроны занимают
§ 36. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

301

квантовые состояния валентной зоны, причем при абсолютном нуле температуры эта зона оказывается полностью заполненной.

Примесный атом фосфора, занимающий соседнюю ячейку в таблице Менделеева, имеет пять электронов во внешней оболочке. Четыре из них участвуют в образовании ковалентных связей с соседними атомами кремния. Пятый электрон фосфора оказывается лишним, он не нужен для образования ковалентных связей. Этот электрон не вполне свободен, потому что ядро атома фосфора обладает положительным зарядом, на единицу большим, чем ядро атома кремния. В результате этот электрон движется в кристалле по большой орбите вокруг примесного атома, подобно тому, как движется электрон вокруг ядра в атоме водорода. На рис. 116 эта орбита показана. Размеры такой орбиты велики по сравнению с межатомным расстоянием в кристалле.
Предыдущая << 1 .. 129 130 131 132 133 134 < 135 > 136 137 138 139 140 141 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed