Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Лазарь С.С. -> "Физика полупроводников" -> 7

Физика полупроводников - Лазарь С.С.

Лазарь С.С. Физика полупроводников — Наука, 1985. — 460 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikov1985.pdf
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 < 7 > 8 9 10 11 12 13 .. 152 >> Следующая

Менделеевым.
Здесь следует заметить, что между ковалентными и ионными
соединениями не существует резкой границы. Подробнее этот
вопрос будет рассмотрен в § 2.3.
1.2. ЭНЕРГИЯ И ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА
В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ЭЛЕКТРОНОВ
В КРИСТАЛЛЕ
Посмотрим теперь, как изменяется характер движения и
энергетический спектр валентных электронов в твердом теле. При
образовании твердого тела соседние атомы настолько сближаются
друг с другом, что внешние электронные оболочки не только
соприкасаются, но даже перекрываются. В результате этого
характер движения электронов резко изменяется: электроны,
находящиеся на определенном энергетическом уровне одного атома,
получают возможность переходить без затраты энергии на соответ
10


ствующий уровень соседнего атома и таким образом свободно
перемещаться вдоль всего твердого тела.
С точки зрения классической физики для перехода с орбиты
определенного атома на соответствующую орбиту соседнего атома электрон
должен преодолеть потенциальный барьер, имея необходимую для этого
энергию, называемую энергией активации. Эта энергия затрачивается при
отрыве электрона от первого атома и возвращается при связывании
электрона со вторым атомом; таким образом, энергия электрона в начальном
и конечном состояниях одинакова.
Энергия активации, или, что то же самое, высота потенциального
барьера, зависит от расстояния между атомами; при больших расстояниях
она равна энергии связи электрона на соответствующей орбите - потенциалу
ионизации, при уменьшении расстояния эта энергия начинает уменьшаться
и, наконец, когда орбиты перекрываются, обращается в нуль.
Согласно представлениям квантовой физики наряду с описанным выше
возможен и другой механизм перехода электрона от атома к атому - без
затраты и возврата энергии. Поскольку в этом случае электрон как бы
"просачивается" через потенциальный барьер, это явление получило
название туннельного эффекта. Вероятность туннельного эффекта
экспоненциально возрастает по мере уменьшения высоты потенциального
барьера и его ширины, т. е. расстояния между атомами. Поэтому при больших
расстояниях эта вероятность исчезающе мала, а при малых (10~7-10-8 см)
становится настолько большой, что это явление приобретает решающее
значение во всех электронных переходах, осуществляющихся внутри твердого
тела. Более того, если два твердых тела сближаются настолько, что
расстояние между ними становится меньше чем 10_6 см, то в некоторых
случаях надо учитывать туннельные переходы из одного тела в другое.
Вместо индивидуальных атомных орбит образуются
коллективные, и подоболочки отдельных атомов объединяются в
единый для всего кристалла коллектив - зону. Однако при этом
число электронов, которые могут разместиться в данных
подоболочках атомов, образующих кристалл, остается неизменным.
Если для изолированного атома это число было 2g (для s-
подоболочки g = 1, р -g = 3 и т. д.) и число атомов в кристалле N,
то общее число мест в зоне по-прежнему равно 2Ng. Однако
энергетический спектр электронов при этом претерпевает
существенные изменения. Если в изолированном атоме каждой
подоболочке соответствует строго определенная энергия, то зона
состоит из Ng уровней, расположенных очень близко друг к другу,
лричем на каждом уровне, в соответствии с принципом Паули,
могут разместиться только два электрона, движущиеся в про-
тивоположных направлениях. Различным уровням одной
11


зоны соответствует различная скорость поступательного движения
электрона по кристаллу (кинетическая энергия) и различная
потенциальная энергия, чем и объясняется различное положение
уровней в зоне.
Таким образом, строго определенные значения энергии,
соответствующие отдельным уровням в изолированном

Рис. /./. Образование энергетических зон в кристалле из
атомных энергетических уровней:
d - расстояние между соседними атомами; d0 - равновесное
расстояние между соседними атомами в кристалле.
атоме, заменяются в кристалле целым интервалом энергий - на
языке квантовой механики это означает, что энергетические уровни
атомов в кристалле под влиянием взаимодействия объединяются и
расщепляются в зоны; в этом и состоит наиболее характерное
отличие энергетического спектра кристалла от спектра
изолированного атома.
Кроме этого, каждый уровень при сближении атомов несколько
смещается, так как электрон теперь взаимодействует не с одним
атомом, а со всеми атомами кристалла.
На рис. 1.1 представлена зависимость энергетического спектра
электрона от расстояния между атомами: справа
12


нанесены три энергетических уровня, соответствующих
изолированным атомам, левее показано, как уровни смещаются и
расширяются по мере сближения атомов.
ДИЭЛЕКТРИКИ, ПОЛУПРОВОДНИКИ, МЕТАЛЛЫ
Мы уже говорили о том, что в изолированном атоме в каждой
подоболочке помещается строго определенное число электронов;
при сближении атомов спектр электрона существенно
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 < 7 > 8 9 10 11 12 13 .. 152 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed