Валентные зоны в металлах

В валентной зоне и такое же число электронов в зоне проводимости. В отличие от металлов проводимость полуметаллов возрастает при повышении температуры вследствие возрастания числа электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. В металлах число электронов в зоне проводимости не зависит от температуры. С повышением температуры увеличиваются потери энергии электронами из-за более интенсивного взаимодействия с фононами. [c.148]

В полупроводниках образуются ок. верхнего края валентной зоны- В металлах и полуметаллах, где зона проводимости заполнена частично, понятие Д. иногда вводится как не занятое эл-ном состояние ниже Ферми уровня. [c.186]

В отличие от металлов в полупроводниках и диэлектриках также возникает так называемый внутренний фотоэффект, состояш,ий в возбуждении электронов из валентной зоны в зону проводимости. Для внутреннего фотоэффекта энергия поглощенного светового кванта не должна быть меньше ширины запрещенной зоны (разность энергии между нижней границей зоны проводимости и верхней границей валентной зоны). [c.345]

В отличие от металлов полупроводники имеют довольно сложный спектр оптического поглощения. В металле фотоны поглощаются электронами проводимости, совершающими переходы внутри энергетической зоны. Поэтому спектр поглощения металла непрерывен металлы поглощают излучение любой частоты. В полупроводниках фотоны могут поглощаться электронами валентной зоны (с последующим переходом в зону проводимости или на примесные уровни, находящиеся внутри запрещенной зоны), электронами на примесных уровнях (с переходом в зону проводимости или на другие примесные уровни), электронами проводимости (с последующими внутризонными переходами). Переходам электронов из валентной зоны в зону проводимости отвечает так называемая полоса собственного поглощения полупроводника она характеризуется наиболее высоким коэ-ф-фициентом поглощения. Частота о) р, соответствующая [c.164]

ПРОБОЙ магнитный — туннельный переход электрона, движущегося в металле при наличии магнитного поля, с одной орбиты на другую световой — переход вещества в состояние плазмы в результате сильной ионизации под действием мощного светового излучения электрический — общее название процессов, приводящих к резкому возрастанию электрического тока в среде, исходно не электропроводной) ПРОВОДИМОСТЬ ионная обусловлена движением свободных ионов комплексная определяется отношением действующего значения силы переменного тока в электрической цепи к действующему значению напряжения на ее зажимах магнитная измеряется отношением магнитного потока в каком-либо участке магнитной цепи к магнитодвижущей силе, действующей на этом участке полупроводника [примесная дырочная (/)-типа) обеспечивается движением дырок в направлении, противоположном движению электронов, перебрасываемых из валентной зоны в зону проводимости полупроводника электронная (я-типа) осуществляется электронами, перебрасываемыми с донорных уровней в зону [c.266]

Мы показали, что валентные электроны в металле не локализованы и их можно описывать с помощью понятий, относящихся ко всему кристаллу. Поскольку возможные энергетические состояния электронов образуют энергетическую зону, для описания этих состояний нужен какой-то новый подход. Как мы уже видели, атомных квантовых чисел нам недостаточно. Необходимо найти уравнения, которые описывали бы поведение электрона в крх сталле, и некоторые из параметров, входящих в эти уравнения,, использовать для обозначения данного состояния. Другими словами, мы должны ввести новое квантовое число, пригодное для описания металлического состояния. Далее, поскольку числО частиц в системе велико, при изучении системы в целом нам придется пользоваться аппаратом статистической физики. [c.62]

Заметим, что металлы с малым числом электронов или дырок в зоне проводимости на самом деле встречаются редко. Как уже отмечено, если число электронов на одну ячейку нечетно, то некоторые зоны могут быть заполнены, но будет по крайней мере одна, заполненная частично. Если она действительно одна, то она должна содержать N электронов. Так как вся зона Бриллюэна соответствует 2N состояниям, то, следовательно, объем внутри ферми-поверхности ) должен быть равен половине объема зоны Бриллюэна. Для того чтобы получить малое число электронов и дырок, нужно, чтобы на одну элементарную ячейку приходилось четное число электронов и две верхние зоны слегка перекрывались. В этом случае часть электронов перейдет из верхней заполненной зоны (так называемой валентной зоны) в нижнюю незаполненную (зону проводимости) и будет иметься малое число электронов в одной зоне и такое же число дырок в другой. Таково положение в полуметаллах Bi, Sb, As, графите. [c.31]

Введение псевдопотенциала, наряду с очевидным упрощением уравнения Шредингера, показывает (и это достаточно наглядно), го поведение валентных электронов в металлах приближенно совпадает с поведением свободных электронов. Однако при этом должно быть выполнено основное условие использованного приближения, что множество электронов в металле может быть однозначно разделено на электроны внутренних оболочек и валентные электроны. Если появятся вышележащие d-зоны, то в приведенной здесь форме этот метод непригоден. [c.127]

Времена жизни т и Хр обычно значительно больше времени между столкновениями для электронов и дырок и так как рекомбинация (или генерация) электрона и дырки связана с межзонными переходами (при генерации электрон переходит из валентной зоны в зону проводимости, а при рекомбинации — из зоны проводимости в валентную зону). Обычные столкновения, которые сохраняют число носителей, приводят к внутризонным переходам. В соответствии с этим времена жизни обычно лежат в интервале 10 —10" с, а времена между столкновениями практически имеют такую же величину, как в металлах, т. е. 10 или 10 с. [c.223]

Во второй главе было показано, что при объединении коллектива атомов в кристалл дискретные уровни внешних электронов свободных атомов размываются в зоны. Теперь попытаемся описать состояния электронов в этих условиях. Для этого допустим вначале, что мы имеем пустой ящик со стороной , в который постепенно вводятся электроны до тех пор, пока их плотность не станет того же порядка, что и плотность валентных электронов в металле (т. е. 10 см ). Предположим также, что ящик окружен полем [c.191]

В металлах основными носителями заряда, как правило, являются электроны проводимости с энергией, близкой к энергии Ферми Ер в полупроводниках — электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне в диэлектриках — ионы. [c.9]

Проводимости, очень мало. Уровень Ферми для полупроводников принято отсчитывать от верхней границы валентной зоны, а не от нижней, как для металлов, и обозначать р. Поскольку Eg—р) велико по сравнению с кТ, число электронов, которые могут перейти в зону проводимости, дается выражением [c.197]

В зависимости от концентрации свободных носителей, которая связана со способом взаимодействия атомов в решетке, изменяется значение энергетического зазора между валентной зоной и зоной проводимости. Соответственно меняется характер электропроводимости кристаллов (рис. 2.3), которые в связи с этим можно разделить на три класса проводники (металлы), полупроводники и изоляторы (диэлектрики). [c.32]

В металлах валентная зона занята не полностью (заштрихованная область на рис. 2.3, а) или занята полностью, но перекрывается со следующей свободной зоной (рис. 2.3, б). [c.32]

Предположим, что последняя зона, в которой есть электроны, заполнена частично. Поскольку эта зона заполняется валентными электронами атомов, ее называют валентной. Под действием внешнего электрического поля электроны, занимающие уровни вблизи границы заполнения, начнут ускоряться и переходить на более высокие свободные уровни той же зоны. В кристалле потечет ток. Таким образом, кристаллы с частично заполненной валентной зоной хорошо проводят электрический ток, т. е. являются металлами. [c.229]

В отличие от диэлектриков и полупроводников в металлах валентная зона заполнена электронами либо частично, либо целиком, но при этом перекрывается со следующей разрешенной зоной. Заполненные состояния от незаполненных отделяются уровнем Ферми. Таким образом, уровень Ферми в металлах расположен в разрешенной зоне. [c.255]

Экситонное поглощение. До сих пор мы рассматривали поглощение света, приводящее к образованию свободных электронов и дырок. Однако возможен и другой механизм поглощения, при котором электрон валентной зоны переводится в возбужденное состояние, но остается связанным с образовавшейся дыркой в водородоподобном состоянии. Энергия образования такого возбужденного состояния, называемого экситоном, меньше ширины запрещенной зоны, поскольку последняя есть не что иное, как минимальная энергия, требуемая для создания разделенной пары. Экситон может перемещаться в кристалле, но фотопроводимость при этом не возникает, так как электрон и дырка движутся вместе. Экситоны могут достаточно легко возникать в диэлектриках, так как D них кулоновское притяжение электрона и дырки значительно. В полупроводниках это притяжение мало и поэтому энергия связи экситона также мала. Вследствие этого экситонные орбиты охватывают несколько элементарных ячеек кристалла (радиус орбиты -"15 нм). В металлах экситонное поглощение очень маловероятно. [c.310]

Металлы, диэлектрики, полупроводники. Металлы и диэлектрики существенно различаются характером заполнения энергетических зон электронами. На рис. 6.11 заполненным электронным состояниям отвечает двойная штриховка, а свободным — однократная. Случай а относится к металлу, б—к диэлектрику. В последнем случае свободная зона — это зона проводимости, а полностью заполненная — валентная зона. Хотя обобществленные электроны и перемещаются по кристаллу, однако для электропроводимости этого мало надо, чтобы носители заряда обладали также некоторой свободой перемещения по шкале энергии. Ведь для направленного переноса заряда нужна соответствующая составляющая скорости электронов, что связано с приращением энергии. Ясно, что в полностью заполненной зоне приращение энергии невозможно, поэтому в случае б на рисунке мы имеем диэлектрик. [c.143]

Согласно положениям зонной модели принципиальное отличие металлов от изоляторов состоит в том, что у металлов валентная зона и свободная либо перекрываются , либо смыкаются, а у изоляторов обязательно имеется запрещенная энергетическая зона (щель) шириной АЕ = Ес—Е между валентной и свободной зонами и полностью занятые уровни в валентной зоне при О К (см. рис. 28). [c.83]

Энергетические зонные диаграммы металла, полупроводника и диэлектрика изображены на рис. 3.3, а-в. Верхняя разрешенная зона называется свободной или зоной проводимости, а расположенная непосредственно под ней разрешенная зона - валентной зоной. При температуре Т=0 К валентная зона всегда полностью заполнена электронами, зона же проводимости может быть заполнена только в нижней части в металлах или пустой — в полупроводниках и диэлектриках, различие между которыми состоит лишь в значительно большей ширине запрещенной зоны последних. На рис. 3.3 обозначено IV,. - нижняя граница зоны проводимости, - верхняя граница валентной зоны, Жо - ширина запрещенной зоны, отделяющей свободную зону от валентной в полупроводниках и диэлектриках. [c.48]

Электрическое поле со стороны вакуума проникает в полупроводник, вызывая линейное уменьшение потенциала от границы металл-проводник. Электронная эмиссия может происходить с вершины валентной зоны или с дна зоны проводимости Е . Оба механизма проявляют линейное уменьшение положения пика в зависимости от приложенного электрического поля. [c.213]

Если экстракция неосновных носителей осуществляется любым обратно смещённым контактом с обеднённым ими слоем, то аффективная их инжекция возможна лишь при высокой эмиссионной способности контакта. В случае контакта металл — электронный полупроводник инжекция дырок достигается при столь большом изгибе зон вверх, что у металла валентная зона становится ближе к уровню Ферми f f, чем зона проводимости (рис. 5), т. е. там образуется инверсионный [c.447]

Ряс. 2. Энергетическая диаграмма МДП-струк-туры на основе иолу-проводника р ипа при отсутствии напряжения V на затворе. Заштрихованы состояния, занимаемые электронами при Т = ОК Ф — работа выхода металла /о — энергия электрона в вакууме — потолок валентной зоны — дно зоны проводимости — уровень Ферми — ширина запрещённой ао-ны полупроводника. [c.77]

Электропроводность, обусловленная движением под действием электрич. поля одинакового числа электронов и дырок, образовавшихся вследствие перехода электронов из валентной зоны в зону нроводимости, наз, собственной, В идеальном П, равновесные концентрации электронов и дырок равны и много меньше числа уровней в зонах (в отличие от металлов). Поэтому электроны в зоне проводимости занимают уровни вблизи ее нижней границы (дна, рпс. 1), а дырки в валентной зоне—вблизи ее верхней границы Еу (их наинизшие энергетич. состояния). В этих состояниях закономерности движения в кристаллич. решетке для электронов и дырок такие же, как у свободных частиц с эффективными массами то, отличными от массы свободной частицы т. При [c.108]

Авторы начинают с определения самосопряжённого поля Хартри Д.1Я валентных электронов в металле, пользуясь хартриевскнм полем атома Л1Я (15) -оболочки. Следует отметить, что все вычисления были проделаны для значеннй г , т. е, радиуса атомной сферы, большего, меньшего и равного экспериментальному значению [2,Ъ7а . После этого былн вычислены волновые-функции для некоторых точек в й-про-странстве. Для точек, близких к середине зоны, волновые функцнн были вычислены методом, использованным при вычислении фд в случае щелочных металлов для точек, близких к границам зон, — методом возмущений, исходящим из метода свободных электронов ( 73). Из значений энергии, соответствующих полученным функциям, были найдены кривая плотности уровней н средняя фермнезская энергия. Вычисления осложнялись необходимостью учёта обменного взаимодействия валентных электронов с электронами остова, как в случае калия. На рнс. 175 кривая распределения сравнивается с распределением для совершенно свободных электронов и для свободных электронов с эффективной массой т, определённой из кривизны графика s(ft) вблизи точки й = 0 ). Вертикальные линии обозначают границу области заполненных уровней для каждого из трёх случаев. Из рис. 175 можно видеть, что действительное распределение плотности уровней имеет режий минимум для значения е, близкого к верхнему краю заполнен- [c.391]

Плотности уровней, определённые из мягких рентгеновских эмиссионных спектров. Экспериментальные значения плотности уровней валентных электронов в металлах могут быть получены из мягких рентгеновских эмиссионних и абсорбционных спектров металлов ). Такие кривые имеют важное значение для решения вопроса, может ли картина полос возбуждения быть применима как к металлам, так и к изоляторам, или же зониая аппроксимация пригодна только для качественного рассмотрения. [c.462]

Приближенную теорию, в которой исходят из волновых функций свободных атомов, называют приближением сильной связи. Простой пример ее применения дается ниже. Приближение сильной связи вполне себя оправдывает для внутренних электронов атомов, но часто не дает хорошего описания самих электронов проводимости. Однако она используется для приближенного рассмотрения -зон некоторых переходных металлов и валентных зон в кри- сталлах ннертных газов. [c.733]

Разница между металлами и полупроводниками целиком определяется температурной зависимостью концентрации. Число валентных электронов в металле, принимающих участие в электропроводности, практически ие зависит от температуры. У полупроводников концентрация электронов в зоне проводимости сильно меняется с температурой из-за переходов электронов между валентной зоной и зоной проводимости. Легко показать, что число электронно-дырочпых пар в полупроводнике пропорционально ехр — Eal2k T). Температурная зависимость подвижности, как правило, определяется степенной зависимостью и, следовательно, [c.231]

В ионных кристаллах обычно отсутствуют электроны проводимости, тем не монее такие кристаллы проводят электрический ток. Величина их удельного сопротивления обычно сильно зависит от температуры и чистоты образца например, в щелочно-галоидных кристаллах она меняется в пределах 10 — 10 Ом-см (заметим, что типичные значения электросопротивления металлов имеюх порядок 10 Ом-см). Проводимость здесь ие может быть следствием теплового переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости, как это имеет место в полупроводниках [см. (28.20)], поскольку ширина энергетической щели между зонами столь велика, что только немногие из 10 электронов смогут ее преодолеть (если смогут вообще). Имеются прямые указания па то. [c.238]

Металлическая связь по своей природе имеет значительное сходство с ковалентной связью. В обоих случаях электронные орбиты сливаются, но в металле происходит обобщение не отдельных, а всех валентных электронных орбит. При этом устанавливаются общие уровни энергии во всем объеме кристалла. Число уровней будет одного порядка с числом атомов в данном )бъеме металла. Уровни весьма близки между собой и образуют нергетические полосы или зоны, которые иногда рассматривают как расщепление валентных уровней (орбит) отдельных атомов. [c.10]

Допустим, что валентная зона заполнена электронами полностью, но она перекрывается со следующей разрешенной зоной, не занятой электронами. Если к такому кристаллу приложить внешнее электрическое поле, то электроны начнут переходить на уровни свободной зоны и возникнет ток. Данный кристалл также является металлом. Типичный пример металла с указанной зонной структурой магний. У каждого атома Mg ls 2s22p 3s2) в валентной оболочке имеется два электрона. В кристаллическом магнии валентные электроны полностью заполняют Зх-зону. Однако эта зона перекрывается со следующей разрешенной зоной, образованной из Зр-уровней. [c.230]

Поскольку свойства электронов с отрицательной эффективной массой очень сильно отличаются от свойств нормальных электронов, их удобнее описывать, пользуясь представлением о некоторых квазичастицах, имеющих заряд - -е, но положительную эффективную массу. Такая квазичастица получила название дырка. Предположим, что в зоне все состояния, кроме одного, заняты электронами. Вакантное состояние вблизи потолка зоны и называют дыркой. Если внешнее поле равно нулю, дырка занимает самое верхнее состояние. Под действием поля < Г на это вакантное состояние перейдет электрон с более низкого энергетического уровня. Дырка при этом опустится. Далее дырочное состояние займет следующий ьаектрон и т. д. При- этом дырка сместится вниз по шкале энергий. Таким образом, ток в кристаллах может переноситься не только электронами в зоне проводимости, но и дырками в валентной зоне. Дырочная проводимость наиболее характерна для полупроводников. Однако есть и некоторые металлы, которые обладают дырочной проводимостью. [c.235]

Связь между большой электронной теплоемкостью и структурой d-обо-лочек переходных металлов была впервые замечена Моттом [168]. Можно ожидать, что функция gaQ, а следовательно, и электронная теплоемкость будут иметь здесь большую величину. Действительно, волновые функции d-электронов отличны от нуля на значительно меньшем расстоянии от центра атома, чем волновые функции валентных s-электронов. Следовательно, перекрытие волновых функций соседних атомов будет незначительным и с -зона будет уже, чем s-зопа. Далее, d-оболочка должна вмеш ать по 10 электронов на атом, тогда как s-оболочка—только 2. Поэтому, если допустить, что в металлах переходных груин d- и s-зоны валентных электронов перекрываются [c.358]

При высоких давлениях за ударными волнами может произойти закрытие разрыва между валентной зоной и зоной проводимости в диэлектриках и полупроводниках. Рассмотрим упрощенную схему перехода диэлектрика в металл под действием ударных нагрузок. Если под действием ударной нагрузки атомы сближаются, дискретные энергетические уровни уширяются и превращаются в зоны разреженных энергетических состояний. В момент, когда верхняя граница высшей заполненной зоны перекроется с дном нижней незаполненной, в диэлектрике образуется металлическая фаза. На рис. 1.11 показана энерге" тическая диаграмма сжатия ксенона, рассчитанная Россом [17]. На начальном этапе наинизшей зоной проводимости является зона 6s, которая в дальнейшем замещается зоной 5d. При удельном объеме 12 см моль зона 5d перекрывается с валентной зоной и ксенон должен превратиться в металл. [c.41]

Если валентная зона и зона проводимости перекрываются, то твердое тело относят к проводниковым (рис. 1.3,а). К таким материалам относятся металлы и многие сплавы на их основе. У проводниковых материалов даже при нулевой температуре в зоне проводимости находится значительное количество электронов, которые обусловлггеают элсктропроводносгь проводников. [c.8]

Введение примесей ие сопровож,яается таким эффектом, как в кристаллах, Атомы примесей в стекле попадают преимущественно в междоузлия ввиду отсутствия Строгого порадка и наличия расширенных междоузлий благодаря этому происходит смещение локальных уровней — донориых в сторону валентной зоны, а акцепторных — по направлению к зоне проводимости поэтому значение уровней и их влияние на проводимость сильно падает. -Кроме того, влияние доноров и акцепторов сильно уменьшается благодаря многочисленным локальным уровням, появление которых обусловлено флуктуацнямн в ближней порядке атомов. В стеклах отсутствует примесная проводимость, что объясняется приведенными соображениями. Наряду со стеклами, полученными сплавлением окислов металлов, известны стеклообразные бескислородные полупроводники, именуемые халькогениднымн. Это [c.192]

Рис. 5.15. Физические модели автоэмиссии а — граница раздела металл—вакуум. С левой стороны рисунка представлен эскиз распределения Ферми—Дирака электронов в металле б — нанотрубка на вершине металлического острия моделируется как полупроводники. Электронная эмиссия может происходить с вершины валентной зоны или с дна зоны проводимости в — между нанотрубкой и металлическим острием имеется изолирующая граница раздела

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...