Физические основы зонной теории




Скачать 234.9 Kb.
НазваниеФизические основы зонной теории
страница1/8
Дата публикации19.12.2013
Размер234.9 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8

Зонная теория


Зонная теория твёрдого тела — квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле.

В соответствии с квантовой механикой свободные электроны могут иметь любую энергию — их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие изолированным атомам, имеют определённые дискретные значения энергии. В твёрдом теле энергетический спектр электронов существенно иной, он состоит из отдельных разрешённых энергетических зон, разделённых зонами запрещённых энергий.
^

Физические основы зонной теории


Согласно постулатам Бора, в изолированном атоме энергия электрона может принимать строго дискретные значения (также говорят, что электрон находится на одной из орбиталей).

В случае нескольких атомов, объединенных химической связью (например, в молекуле), электронные орбитали расщепляются в количестве, пропорциональном числу атомов, образуя так называемые молекулярные орбитали. При дальнейшем увеличении системы до макроскопического кристалла (число атомов более 1020), количество орбиталей становится очень большим, а разница энергий электронов, находящихся на соседних орбиталях, соответственно очень маленькой, энергетические уровни расщепляются до практически непрерывных дискретных наборов — энергетических зон. Наивысшая из разрешённых энергетических зон в полупроводниках и диэлектриках, в которой при температуре 0 К все энергетические состояния заняты электронами, называется валентной зоной, следующая за ней — зоной проводимости. В металлах зоной проводимости называется наивысшая разрешённая зона, в которой находятся электроны при температуре 0 К.

В основе зонной теории лежат следующие главные приближения:

1. Твердое тело представляет собой идеально периодический кристалл.

2.Равновесные положения узлов кристаллической решетки фиксированы, т.е. ядра атомов считаются неподвижными (адиабатическое приближение). Малые колебания атомов вокруг равновесных положений, которые могут быть описаны как фононы, вводятся впоследствии как возмущение электронного энергетического спектра.

3. Многоэлектронная задача сводится к одноэлектронной: воздействие на данный электрон всех остальных описывается некоторым усредненным периодическим полем.
^

Зонная структура различных материалов


В различных веществах, а также в различных формах одного и того же вещества, энергетические зоны располагаются по-разному. По взаимному расположению этих зон вещества делят на три большие группы (см. Рисунок 1):

  • проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, образуя одну зону, называемую зоной проводимости, таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, электроны смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы.

  • полупроводники — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет менее 3.5 эВ. Для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые (собственные, нелегированные) полупроводники слабо пропускают ток.

  • диэлектрики — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 3.5 эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят.



Рисунок 1: Упрощенная зонная диаграмма для проводников, полупроводников и диэлектриков.

Зонная теория является основой современной теории твёрдых тел. Она позволила понять природу и объяснить важнейшие свойства металлов, полупроводников и диэлектриков. Величина запрещённой зоны между зонами валентности и проводимости является ключевой величиной в зонной теории, она определяет оптические и электрические свойства материала.

Поскольку одним из основных механизмов передачи электрону энергии является тепловой, то проводимость полупроводников очень сильно зависит от температуры. Также, проводимость можно увеличить, создав разрешенный энергетический уровень в запрещенной зоне, путем легирования. Таким образом создаются все полупроводниковые приборы: солнечные элементы (преобразователи света в электричество), диоды, транзисторы, твердотельные лазеры и другие.

Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости называют процессом генерации носителей заряда (отрицательного — электрона, и положительного — дырки), обратный переход — процессом рекомбинации
  1   2   3   4   5   6   7   8

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Физические основы зонной теории iconЗаконодательство об авторских и смежных правах
Основы теории алгоритмов, методы построения формальных языков, основные структуры данных, основы машинной графики, архитектурные...

Физические основы зонной теории iconОсновы экономической теории как учебная
Преподавание «Основы экономической теории» для студентов медицинских факультетов осуществляется по кредитно-модульной системе организации...

Физические основы зонной теории iconУтверждено на методическом совещании кафедры медицинской и биологической...
Звук. Физические и слуховые характеристики. Звуковые измерения. Физические основы звуковых методов исследования в клинике

Физические основы зонной теории iconОсновы специальной теории относительности
Сто и опытными фактами, которые подтверждают их; дать понятие релятивистской энергии и ее связи с массой тела; развивать у студентов...

Физические основы зонной теории iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Основы теории государства...

Физические основы зонной теории iconПроанализированы древнейшие теории состава человека и его сознания,...
М-теории через трехмерность физического мира плюс координату времени. Это посильный вклад в приближение к выполнению завета Агни...

Физические основы зонной теории iconМакаров М. Л. М15 Основы теории дискурса
М15 Основы теории дискурса.— М.: Итдгк «Гнозис», 2003.— 280 с. Isbn 5-94244-005-0

Физические основы зонной теории iconМакаров М. Л. М15 Основы теории дискурса
М15 Основы теории дискурса.— М.: Итдгк «Гнозис», 2003.— 280 с. Isbn 5-94244-005-0

Физические основы зонной теории iconМинистерство специального и высшего образования Хабаровский государственный...
Математичекие основы теории систем: анализ сигнального графа и синтез комбинационных схем

Физические основы зонной теории iconУроков. Тема занятия. Основы специальной теории относительности
Сто, познакомить с выводами сто и опытными фактами, которые подтверждают их; дать понятие релятивистской энергии и ее связи с массой...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<