Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Тригг Дж. -> "Физика 20 века: ключевые эксперименты" -> 57

Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.

Тригг Дж. Физика 20 века: ключевые эксперименты — М.: Мир, 1978. — 376 c.
Скачать (прямая ссылка): fizika20vekakluchevieeksperimenti1978.djvu
Предыдущая << 1 .. 51 52 53 54 55 56 < 57 > 58 59 60 61 62 63 .. 129 >> Следующая

участие в создании тока (рис. 9.1,6). Именно эта схема объясняет основную
часть перечисленных выше высокотемпературных эффектов. Кроме того,
согласно квантовой теории, отсутствие электрона в занятом при обычных
условиях состоянии эквивалентно наличию положительного заряда,
называемого дыркой. Такие дырки, возникающие в валентной зоне при
тепловом возбуждении, также вносят вклад в высокотемпературную, или
собственную, проводимость, однако их подвижность ниже подвижности
электронов.
Низкотемпературное поведение полупроводников объясняется при помощи
модели, учитывающей дефекты кристаллической решетки. Например, в окиси
меди с избытком кислорода каждое незанятое место меди означает недостаток
одного электрона по сравнению с тем, что необходимо для заполнения
валентной зоны, т. е. приводит к появлению дырки. При очень низких
температурах дырка привязана к вакантному узлу; однако энергия,
необходимая для высвобождения дырки, значительно меньше ширины щели и по
порядку величины равна 0,1 эВ; поэтому дырка может участвовать в
проводимости уже при низких температурах. Этот процесс можно описать
иначе, считая, что указанный вид дефекта приводит к возникновению
дополнительного энергетического уровня для электронов, расположенного
немного выше потолка валентной зоны. Этот уровень не заполнен при очень
низких температурах, однако с повышением температуры электрон из
валентной зоны может быть термически возбужден на этот уровень; при этом
в валентной зоне останется дырка, способная участвовать в создании
проводимости (эта ситуация изображена на рис. 9.1, в). Дополнительный
локализованный уровень называется акцепторным. Акцепторные уровни и
соответствующие им состояния могут также вызываться наличием атомов
примеси, которые не обладают достаточным "комплектом" электронов,
осуществляющих межатомную связь: например, трехвалент-
1 При комнатной температуре (Т - 300 KJ и Eg = 1 эВ значение экспоненты
равно примерно 10-17. Поскольку в заполненной зоне твердого тела имеется
~1023 электронов/см3, это означает, что около
106 электронов/см3 возбуждены в зону проводимости.
172
ным атомом галлия в кристалле четырехвалентного элемента - кремния или
германия. Аналогично дефекты,
в г
Рис. 9.1. Схематическое изображение уровней энергии в металле (а).
Валентная зона (как и в частях б-г) и заполненная часть зоны проводимости
заштрихованы
Уровни энергии в собственном полупроводнике (б)
Светлые кружки в валентной зоне-дырки, оставшиеся при тепловом возбужде*
нии электронов {темные кружки) в зону проводимости.
Уровни энергии в примесном (акцепторном) полупроводнике (в). Электроны,
возбужденные нз валентной зоны, переходят теперь на доиорные уровни
(горизонтальные черточки).
Уровни энергии в примесном (донорном) полупроводнике (г). Электроны
возбуждаются в зону проводимостт с донорных уровней Уровень Ферми
обозначен Ер.
приводящие к избытку электронов, - избыточное число атомов металла в
металлических окислах или сульфидах либо пятивалентная примесь (мышьяк
или фосфор) в
173
четырехвалентном кристалле - вызывают появление энергетических уровней
немного ниже дна зоны проводимости. Такие уровни, изображенные на рис.
9.1, г, называются донорными, и требуется относительно небольшая тепловая
энергия, чтобы возбудить электрон с одного из таких уровней и перевести
его в зону проводимости.
На каждой части рис. 9.1 указано специфическое значение энергии (или
уровень) Ферми ЕР. Это значение приближенно определяется как энергия
такого уровня (если он существует), вероятность занятия которого
электроном равна '/г- В металле энергия Ферми совпадает с энергией
наивысшего уровня, занятого при абсолютном нуле температуры. В
собственном полупроводнике уровень Ферми лежит в середине запрещенной
зоны; в примесном полупроводнике он сдвигается из этого положения, причем
величина и направление сдвига зависят от относительных значений
концентраций свободных электронов пе и дырок tih. уровень сдвигается
вверх, если пе nh, и вниз, если ne<.nhx. Важность понятия энергии Ферми
состоит в том, что она совпадает с химическим потенциалом в термодинамике
и поэтому при термодинамическом равновесии должна иметь одинаковые
значения по обеим сторонам границы фаз или поверхности раздела. Когда два
различных твердых тела приводятся в контакт, это совпадение значений
достигается за счет относительного роста потенциала одного из тел
(явление контактной разности потенциалов).
Тепловое возбуждение не единственный способ перевода электрона на более
высокий энергетический уровень. Фотоны также могут сообщить электрону
необходимую энергию, если их частота достаточно велика, иначе говоря,
энергия фотона hv должна быть по крайней мере равна требуемой энергии
возбуждения. Поэтому возбуждение примесных состояний может быть вызвано
излучением с весьма большой длиной волны, тогда как возбуждение с
преодолением всей запрещенной зоны могут вызвать лишь фотоны со
Предыдущая << 1 .. 51 52 53 54 55 56 < 57 > 58 59 60 61 62 63 .. 129 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed