Металлы, полупроводники, изоляторы

Металлы, полупроводники, изоляторы [c.76]

МЕТАЛЛЫ, ПОЛУПРОВОДНИКИ, ИЗОЛЯТОРЫ [c.7]

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]

Учебное пособие содержит те разделы физики твердого тела, знание которых необходимо для четкого представления об энергетическом спектре электронов в твердом теле, для понимания классификации веществ на металлы, полупроводники и изоляторы. Подробно рассматриваются тепловые свойства твердых тел — гармонические колебания, теплоемкость и теплопроводность кристаллической решетки. Уделяется внимание вопросам химической связи в твердом теле и возможности интерпретации ее с помощью магнитных исследований. [c.2]

Во второй главе — Элементы зонной теории твердого тела — читателю даются необходимые сведения об энергетическом спектре электронов в твердом теле, о разделении веществ на металлы, полупроводники и изоляторы. [c.3]

Полупроводниковые материалы по электрическим свойствам занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами. Подобно металлам, для полупроводников характерна проводимость электронным переносом и дырками (вакантное место, оставленное электроном, наделенное свойствами положительного заряда). [c.279]

Диапазон изменения электросопротивления у полупроводниковых материалов весьма широк (р = 10 - - 10 ом-см) однако материалы характеризуются некоторыми другими специфическими свойствами, отличающими их от металлов и изоляторов, Например, если электросопротивление металлов возрастает с повышением температуры, то у полупроводниковых материалов оно падает, т. е. полупроводники в большинстве случаев обладают отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления примеси уменьшают электропроводность металлов, но увеличивают проводимость полупроводниковых материалов. Полупроводники обладают фотопроводимостью, т. е. при действии излучений у них возникают дополнительные свободные носители заряда. В приборной технике полупроводники нашли широкое применение, поскольку они могут служить выпрямительными элементами, генерировать огромные термо-э. д. с., усиливать ток, позволяют увеличить ресурс и надежность электронных устройств, уменьшить размеры и вес приборов, а также сократить потребление электрической энергии. [c.279]

В проблемной лаборатории тепловых приборов и измерений ЛИТМО в настоящее время разработаны и освоены динамические методы теплофизических испытаний твердых металлов, полупроводников и тепло-изоляторов, в том числе сыпучих и волокнистых материалов [7—13]. Большая часть методических разработок завершена или завершается созданием соответствующих приборов и установок. В частности, закончена разработка прибора для испытаний на теплопроводность и температуропроводность твердых неметаллических (полупроводниковых и теплоизоляционных) материалов в интервале температур 20—400""С [11], установка для измерения истинной теплоемкости и теплот фазовых превращений металлов и сплавов в интервале 20—1100° С [7, 8), первый вариант установки для измерения коэффициента температуропроводности металлов п сплавов в температурном интервале 20—ЮОО С. Заканчивается создание прибора для автоматизированных измерений теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности твердых неметаллических материалов в интервале температур от —120 до [c.5]

Таким образом, дело не в наличии (в металле) или отсутствии (в изоляторе) свободных электронов. Важно, имеют ли электроны возможность ускоряться под действием поля. Соответственно, если вещество имеет хотя бы одну частично заполненную электронами зону, оно является проводником если же имеются только целиком заполненные или пустые зоны, вещество — изолятор. Следовательно, различие в поведении металла, полупроводника и изолятора определяется степенью заполнения разрешенных зон и величиной разрыва между ними, т. е. шириной запрещенной зоны. Для изолятора число электронов на атом достаточно для заполнения всех допустимых состояний, а ширина запрещенной зоны велика и составляет 8-10 —16-10- [c.29]

Полупроводниками называют вещества, обладающие электронной проводимостью, занимающей промежуточное положение между металлами и изоляторами. [c.147]

По изменению физических свойств и, в частности, по величине электросопротивления (или электропроводности) и его температурной зависимости можно классифицировать твердые тела на металлы, полупроводники и изоляторы. Для металлов характерна высокая электропроводность и ее снижение с ростом температуры. Для полупроводников — заметно меньшая электропроводность и ее рост с повышением температуры. Изоляторы обладают ничтожно низкой электропроводностью. [c.116]

По электрическим свойствам полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами. Удельная электропроводность металлов находится в пределах 6-10 — 6-10 oм м , изоляторов 10 —10 ом -см , полупроводников 10 —10 ом -см . [c.180]

По электропроводности у все твердые тела можно разделить на три большие группы металлы, полупроводники, диэлектрики. Металлы -прекрасные проводники электрического тока. Их удельная электропроводность при комнатной температуре находится в интервале 15 +10 (Ом м)". Диэлектрики практически не проводят электрический ток- их используют в качестве электрических изоляторов. Удельная электропроводность диэлектриков занимает область, ле- [c.222]

Мы выяснили значение зонной структуры для определения распределения электронов в твердом теле по энергиям и их поведения во внешних полях. После этого, в настоящем и следующем параграфах, мы приведем примеры структуры функции Е (к) в металлах и полупроводниках (изоляторах). [c.101]

Многие металлы, полупроводники и изоляторы относятся к группе простых валентных кристаллов в том смысле, что силы осцилляторов для переходов с частотами, близкими к (Ори, достаточно малы. Для таких [c.241]

В гл. 2 мы отмечали, что в основу классификации твердых тел могут быть положены различные признаки. По удельной электропроводности а все твердые тела можно разделить на три большие группы металлы, диэлектрики и полупроводники. Металлы являются прекрасными проводниками электрического тока. Их удельная электропроводность при комнатной температуре колеблется от 10 до 10 Ом- -см-. Диэлектрики, наоборот, практически не проводят ток —их используют как изоляторы. Удельная электропроводность этой группы веществ меньше, чем 10 Ом -см . Твердые тела, имеющие промежуточные значения а, т. е. 10 — 10 ° Ом -см , относятся к классу полупроводников. [c.208]

А — а изоляторе 6 — в полупроводнике в — в металле [c.84]

Нетрудно заметить, что это уравнение, показывающее влияние температуры и примесей на теплопроводность, по существу может быть применено не только к любым металлам и сплавам, но и к неметаллическим веществам (полупроводникам и изоляторам). [c.119]

Электропроводность. Теория металлов на основе представления об энергетических зонах (см. стр. 25) позволяет ответить на вопрос, является ли данное твердое тело проводником (проводимость 10 —10 oж ж ), изолятором (проводимость — 10 ом -см ) или полупроводником и таким образом объяснить. огромную разницу в электропроводности. [c.28]

В изоляторах и особенно в так называемых естественных или истинных полупроводниках в отличие от металлов проводимость с повышением температуры возрастает, причем сильно, экспоненциально. Для этих материалов, как и для металлических проводников, справедливы те же рассуждения относительно-факторов, приводящих к уменьшению проводимости с повыше- [c.30]

Металлы, полупроводники, изоляторы. Рассмотренное выше представление о разрешенных и запрещенных энергетических зонах в оочетании с принципом Паули позволяет понять причину сильного различия между металлами и полупроводниками. В качестве опорного момента будет выступать распределение электронов по дозволенным зонам вблизи О К. [c.81]

В книге даётся характеристика главных типов твёрдых тел, основанная на различии их физических свойств (металлы, полупроводники, изоляторы, ионные соединения, молекулярные кристаллы), сжато описаны структуры и физические свойства некоторых наиболее важных простых веществ и химических соединений и изменения этих свойств в зависимости от температуры. Главное место в книге отведено теоретическому рассмотрению важнейших физических свойств твёрдых тел. Силы сцепления в твёрдых телах, электрические, магнитные, оптические и другие свойства рассматриваются на основе зонной теории, позволяющей с единой точки зрения охватить достаточно широкий класс веществ. Несколько глав отведено изложению основ квантовой механики и приближённых методов решеиия квантовомеханических задач. В книге дан ряд ссылок на монографии по специальным разделам физики и теории твёрдого тела, а также многочисленные ссылки на оригинальные работы. В приложении дана библиография опубликованных за последние годы работ советских авторов по вопросам физики твёрдого тела. Кннга рассчитана на научных работников, работающих в области исследования свойств и структуры твёрдых тел, а также аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся в той же области. Книга будет полезна также для инженеров и технологов соответствующих производств, работающих над повышением своего научного кругозора. [c.2]

Книга Зейтца будет полезна для широкого круга научных работников, в первую очередь физиков и химиков, занятых исследованиями -структуры и свойств твёрдых тел, а также процессов, протекающих в этих телах. Несмотря на интенсивную разработку некоторых других отделов физики, интерес и внимание к твёрдому телу отнюдь не ослабевают. Этот интерес нетрудно понять, так как не только в теоретических исследованиях, но и при решении большинства практических задач современной техники чаще всего приходится иметь дело именно с твёрдой фазой. Хорошо изве.стны успехи в создании широкого круга новых материалов, обладающих самыми разнообразными физическими свойствами механическими, тепловыми, электрическими, магнитными и т. д. Создание новых материалов будет значительно ускорено, если работающие в этом направлении нау 1ные работники, инженеры-исследователи и технологи будут хорошо владеть основами теории твёрдого тела. Необходимость в серьёзном курсе по теории твёрдого тела для подготовки квалифицированных специалистов по физике металлов, полупроводников, изоляторов, кристаллолюминофо-ров и т. п. совершенно ясна. Книга Зейтца поможет аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей ознакомиться с кругом идей современной теории твёрдого тела. [c.8]

Окислы И другие образующие окалину соединения, например сульфиды, являются полупроводни ками, их электропроводность является прбмежуточной ме йду электропроводностями металлов и изоляторов, причем она тем выше, чем сильнее отклоняется от стехиометрического химический состав окалины и чем больше температура. Известны два типа полупроводников — р п. [c.65]

Кристаллические структуры твердых тел обусловлены межатомными связями, возникающими в результате взаимодействия электронов с атомными остовами. Вывод металлических структур — ОЦК, ГЦК и ПГ — из электронного строения атомов представляет кардинальную проблему физики металлов [1, 21. В основе квантовой теории металлов лежит теория энергетических зон [3 —11]. Она рассматривает поведение электронов в периодическом поле решетки. Кристаллическая структура определяется дифракционными методами и вводится в зонную модель априори как экспериментальный факт, без объяснения ее происхождения. Разрывы непрерывности энергий электронов приводят к образованию зон Бриллюэна, ограниченных многогранниками, форма которых зависит от симметрии кристалла. Характер заполнения зон и вид поверхности Ферми различны для металлов, полупроводников и изоляторов. Расчеты позволяют получить з нергетическую модель, количественно описывающую энергетическое состояние электронов и физические свойства твердых тел. Однако из зонной модели нельзя вывести кристаллическую структуру, поскольку она вводится в основу построения зон как экспериментальный факт. Расчеты зонных структур и физических свойств металлов получили широкое развитие благодаря теории псевдопотенциала 112—19]. Они позволяют оценить стабильность структур металлов, но не вскрывают физическую природу конкретной геометрии решетки. [c.7]

Только для сравнительно небольшого числа металлов, включая Л1 и М , четко выраженные плазмонные потери преобладают в спектре энергетических потерь. Для большинства металлов, полупроводников и изоляторов спектр энергетических потерь является сложным он состоит из случайных пиков, которые можно приписать возбуждению плазмонов, и сильных резких или размытых полос, которые обычно связывают с одноэлектронными возбуждениями, хотя такие ассоциации с определенными процессами возбуждения электронов кристалла в лучшем случае являются весьма неопределенными. [c.272]

В случае больших длин волн опять оказывается весьма удобным описывать эффекты, связанные с межэлектронным взаимодействием, с помощью диэлектрической проницае.мости е(км), зависящей от частоты и волнового вектора. При меньших длинах волн такой подход оказывается менее плодотворным. Дело в том, что теперь мы имеем дело с периодической структурой, которая не является трансляционно-инвариантной. Поэтому отклик системы на возмущение с волновым вектором к и частотой (О характеризуется не только возбуждениями с импульсом Лк, но также и возбуждениями с импульсами й(к+Кп), где Кп — любой вектор обратной решетки. В недавней весьма элегантной работе [2], посвященной вычислению статической диэлектрической проницаемости изолятора с кубической симметрией, было показано, что возбуждения последнего типа приводят к поправкам на местноь поле. В случае больших длин волн для металлов, полупроводников и многих изоляторов эти поправки сравнительно малы, и в дальнейшем мы будем ими пренебрегать. [c.225]

Ряс. 14. Переход металл — полупроводник при изменении структуры. Еслп постоянная решетки удвоена вследствие х1алого смещения регулярно упорядоченных атомов решет1 п, то возможно расщепление зоны, в рассматриваемом случае — полузаполпенной, и металл может стать изолятором. [c.53]

Если принять во внимание влияние периодического потенциала ионов на спектр плазмонов, то оказывается, что время жизни плазмона зависит от вероятности меж зонных электронных переходов с изменением энергии, примерно равным Асор. В ряде твердых тел сор велико по сравнению с изменением энергии при наиболее важных межзонных переходах (последнее составляет обычно несколько электрон-вольт). Следовательно, в широкой группе металлов, полупроводников, полуметаллов и изоляторов плазмоны в системе валентных электронов представляют собой хорошо определенные элементарные возбуждения. [c.25]

Функции тех состояний, которые мы хотим получить, убывают только в одном направлении. Они представляют собой решения уравнения Шредингера в чистом материале, не удовлетворяющие периодическим граничным условиям и не возникающие поэтому в расчетах зон. Они также не нормируемы на бесконечный объем, поскольку экспоненциально уменьшаются только в одном направлении. Тем не менее они могут быть правильными решениями для полубесконечной системы или, говоря более определенно, вблизи поверхности кристалла. Если потенциал на поверхности кристалла такой, что допускает это (должна существовать область, где кинетическая энергия положительна для того, чтобы связать волновые функции, спадающие внутрь кристалла и в свободное пространство вне его), то мы можем ожидать возникновения таких поверхностных состояний. Их часто называют таммовскими состояниями. Они возникают в металлах и изоляторах, равно как и в полупроводниках. Соответствующие им энергии, конечно, чувствительны к деталям потенциала на поверхности. [c.195]

В соответствии с Паули принципом в каждом энергетич. состоянии может находиться не более двух электронов (с разными проекциями спина). Поэтому в каждой энергетич. зоне кристалла может поместиться не более 2N электронов, где N — число уровней в зоне, равное числу элементарных ячеек кристалла. При Г=0 К все электроны занимают наиб, низкие энергетич. состояния. Существование Т. т. с разя, электрич. свойствами связано с характером заполнения электронами энергетич. зов при Г=0 К. Если все зоны либо полностью заполнены электронами, либо пусты, то такие Т. т. не проводят электрич. ток, т. е. являются диэлектриками (изоляторами). Т. т., имеющие зоны, частично заполненные электронами,— проводники электрич. тока — металлы (проводники). Полупроводники отлшчаются от диэлектриков малой шириной запрещённой зоны ig между последней заполненной (валентной) зоной и первой свободной (зоной проводимости), Т. т. с аномально малым перекрытием валентной зоны и зоны проводимости наз. полуметаллами. Существуют бесщелевые полупроводники, зона проводимости к-рых примыкает к валентной зоне. [c.46]

В структурах алмаза, кремния, германия и алмазоподобных соединений сильным ковалентным <т-связям вдоль направлений <111> отвечают максимальные значения модулей упругости Еиь Однако, в отличие от металлов, для этого класса материалов наиболее важны не механические, а электрофизические свойства. Определение пoJ y пpoвoдникa трудно представить до рассмотрения электронной зонной теории кристаллических твердых тел. Можно сказать, что полупроводники - это изоляторы, в которых запрещенная зона между состояниями валентных электронов (валентная зона) и электронными состояниями, ответственными за электропроводность (зона проводи.мости), значительно меньше, чем в обычных изоляторах, и может быть преодолена при наличии определенных условий, например, с помощью теплового возбуждения. Поэтому, в отличие от металлов, электропроводность пoJTV пpoвoдникoв растет с температ рой. [c.46]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...