Зонная теория твердых тел

Основной источник трудностей, с которым сталкиваются теории Друде—Лорентца и Зоммерфельда, связан с приближением свободных электронов. Учет взаимодействия электронов с кристаллической решеткой и между собой сделан в зонной теории твердых тел, основы которой будут рассмотрены ниже. [c.210]

Рассмотренные нами представления позволяют перенести на аморфные вещества то объяснение различия между диэлектриками, полупроводниками и металлами, которое было дано в обычной зонной теории твердых тел. Если уровень Ферми лежит в области нелокализованных состояний, то вещество представляет собой металл. Его сопротивление при 7- 0 К стремится к некоторому конечному значению. Если же уровень Ферми при низких температурах находится в интервале энергии, занятом локализованными состояниями, то материал представляет собой полупроводник или диэлектрик. Здесь возможны два типа проводимости [c.359]

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]

ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА [c.46]

В зонной теории твердого тела в рассмотрение часто вводят функции Ufe (г), определяемые равенством [c.68]

С точки зрения зонной теории твердого тела отсутствие металлической проводимости свидетельствует о том, что нет частично заполненных зон в изоляторе каждая зона либо полностью заполнена, либо полностью свободна от, электронов. [c.82]

Рассмотренная в предыдущей главе зонная теория твердых тел в настоящее время является основой объяснения различных физических свойств и генезиса атомно-кристаллической структуры твердых тел. Цель данной главы — показать возможности зонной теории на некоторых характерных примерах. [c.87]

Расщепление зависит от расстояния между ямами с увеличением расстояния расщепление уменьшается, стремясь к нулю при бесконечном расстоянии между ямами (рис. 91, в). Свойство расщепления уровней при наличии ряда потенциальных ям играет очень большую роль в зонной теории твердых тел (см. 66). Здесь мы заметим лишь, что если бы вместо двух ям было три, то каждый из уровней расщепился бы на три подуровня. Вообще при наличии N ям каждый из уровней расщепляется на N подуровней. Это утверждение будет использовано в зонной теории твердых тел. [c.301]

Основные понятия зонной теории твердых тел [c.331]

Подробное рассмотрение физических процессов в полупроводниках завело бы нас слишком далеко в зонную теорию твердого тела. Поэтому ограничимся перечислением нужных нам свойств полупроводников без обсуждения механизма явлений. Хорошо (до 10" % и выше) очищенный от примесей полупроводниковый кристалл при комнатных температурах имеет ничтожно малую (по сравнению с металлами) электропроводность. Все электроны находятся в связанных состояниях. Для выбивания электрона ему надо сообщить энергию выше некоторой пороговой. Пороговая энергия имеет порядок 1 эВ (0,7 эВ для германия Ge и 1,1 эВ для кремния Si). В среднем на образование пары ионов в полупроводнике тратится энергия примерно 3 эВ — на порядок меньше, чем [c.503]

Различие между проводниками, диэлектриками и полупроводниками наиболее наглядно иллюстрируется с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердого тела. [c.82]

Классификация веществ по электрическим свойствам. Все вещества в зависимости от их электрических свойств относят к диэлектрикам, проводникам или полупроводникам. Различие между проводниками, полупроводниками и диэлектриками наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел. [c.12]

Рис. В-8. Энергетические диаграммы диэлектриков (а), полупроводников (б) и проводников (в) при нуле Кельвина в соответствии с зонной теорией твердого тела

ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ [c.142]

Согласно зонной теории твердых тел электроны внешних энергетических зон перемещаются по кристаллу практически одинаково во всех телах независимо от того, являются эти тела металлами или диэлектриками. Несмотря на это электрические свойства их, в частности электропроводность, могут различаться чрезвычайно сильно. Например, у металлов электропроводность равна 10 — [c.153]

В полупроводниках электроны имеют свой особый энергетический спектр, на соответствующих переходах которого осуществляется генерация. Прежде всего рассмотрим основные положения теории полупроводников, основанной на так называемой зонной теории твердого тела. [c.54]

Полупроводниками называется группа веществ, удельное сопротивление которых меняется в широких пределах (10- — 10 Ом-м) и экспоненциально уменьшается с ростом температуры. Объяснение свойств полупроводников дает зонная теория твердых тел [13 . [c.213]

Тем не менее эти расчеты представляют интерес, поскольку они описывают размерную зависимость различных электронных свойств с позиций квантовой химии, использующей более универсальные условия симметрии точечных групп (локальное рассмотрение), чем пространственно-групповые ограничения, диктуемые периодичностью кристалла в зонной теории твердого тела. Однако разные теоретические подходы дают противоречивые результаты. И хотя некоторые из них разумно согласуются с экспериментальными данными, их справедливость не всегда убедительна из-за отсутствия строгих критериев адекватности. [c.229]

В одной из предыдущих глав было показано, что зонная теория твердого тела предсказывает возникновение разрывов в энергетическом спектре электронов. Плоскости, характеризующие разрывы энергии в различных направлениях к-пространства, или пространства импульсов, образуют замкнутый объем, который называется зоной Бриллюэна. [c.224]

Согласно зонной теории твердого тела, если имеется достаточное число электронов для заполнения всех разрешенных энергетических состояний одной или нескольких зон и последняя заполненная зона не соприкасается и не перекрывается со следующей зоной, то при абсолютном нуле совершенный кристалл такого вещества является изолятором. При этом отсутствует перекрытие кривых зависимости плотности состояний от энергии (см. фиг, 2). Энергетический разрыв между самыми высокими занятыми состояниями и самыми низкими незанятыми называется областью запрещенных значений энергии или запрещенной зоной. При этом уровень Ферми проходит посредине запрещенной зоны. Если ширина запрещенной зоны мала, то при повышении температуры электроны из занятой зоны будут переходить на незанятые энергетические состояния следующей зоны. В этом случае приложение разности потенциалов приведет к появлению проводимости, поскольку имеется достаточно большое число незанятых состояний, по которым эти электроны могут свободно двигаться. Такие вещества известны под названием собственных полупроводников. Если ширина запрещенной зоны достаточно велика, то тепловая энергия, необходимая для активации электронов в зону проводимости, может оказаться настолько высокой, что это вызовет смещение и миграцию атомов или даже пробой твердого тела. Такое положение характерно для некоторых изоляторов при обычнЫх температурах. Значение ширины запрещенной зоны для гомологических рядов веществ является мерой прочности связи между атомами в кристалле. [c.262]

Бриллюэна см. Бриллюэна зоны запрещенная 83, 161 приведенная 77, 196 проводимости 156 Зонная теория твердого тела, см. Бриллюэна зоны [c.323]

Понимание физических явлений, происходящих в полупроводниках, невозможно без знания основных положений зонной теории твердого тела. Этим и обусловлено включение данной главы в часть настоящей книги Полупроводниковые материалы . [c.48]

ЗОННАЯ ТЕОРИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ [c.149]

Используя аналогию между оптикой тонких пленок и электронной зонной теорией твердого тела, нетрудно показать существование мод, локализованных вблизи границ раздела многослойной и однородной сред. Аналогично тому, как поверхностные состояния описывают примеси вблизи границ твердого тела, особые волны могут быть возбуждены и вблизи границ раздела мультислоя. Свойства этих волн можно изучать [41], отыскивая вещественные корни уравнения (3.18.5) и получая распределение поля с помощью рассмотренной выше теории электрических цепей. На рис. 3.29, дг показано поперечное распределение поля для типичной основной поверхностной моды, направляемой периодической структурой. [c.219]

Существование металлов, полупроводников и диэлектриков, как известно, объясняется зонной теорией твердых тел, полностью основанной на существовании дальнего порядка. Открытие того, что аморфные вещества могут обладать теми же электрическими свойствами, что и кристаллические, привело к переоценке роли периодичности. В 1960 г. А. Ф. Иоффе и А. Р. Регель высказали предположение, что электрические свойства аморфных полупроводников определяются не дальним, а ближним порядком. На основе этой идеи была развита теория неупорядоченных материалов, которая позволила понять многие свойства некристаллических веществ. Большой вклад в развитие физики твердых тел внесли советские ученые А. Ф. Иоффе, А. Р. Регель, Б. Т. Коломиец, А. И. Губанов, В. Л. Бонч-Бруевич и др. Губановым впервые дано теоретическое обоснование применимости основных положений зонной теории к неупорядоченным веществам. [c.353]

Точные калориметрические измерения в гелиевой области температур начались в 1930 г., когда был создан весьма чувствительный термометр из фосфористой бронзы. Вскоре же был открыт скачок теплоемкости у сверхпроводников и затем обнаружена электронная теплоемкость в металлах, поведение которой, как было установлено, соответствует теоретическим предсказаниям. Продолжала развиваться п теория теплоемкости для некоторых элементов была детально разработана теория колебаний решетки. Разработка зонной теории твердых тел нриве [а к дальнейшему усовершенствованию теории электронной теплоемкости. [c.315]

Зонная теория твердого тела удовлетворительно объясняет специфические особенности полупроводникав. Эта теория является следствием применения квантовой механики к проблеме твердого тела, но зонная модель распространяется и на апериодическое поле, свойственное некристаллическим веществам. Наличие жидких и аморфных полупроводников свидетельствует о том, что полупроводниковые свойства в первую очередь определяются природой химической связи данного атома с его ближайшим окружением, т. е. ближний порядок является определяющим. Разумно под термином химическое строение понимать совокупность энергетических, геометрических и квантовохимических характеристик вещества (порядок, длина и энергия связи, рашределение и пространственная направленность электронных облаков, эффективные заряды и т. д.). Но главным в учении о химическом строении является природа химической связи всех атомов, входящих в состав данного вещества. [c.94]

Механизм свечения кристаллофосфоров. Свечение кристаллофосфоров описывается зонной теорией твердого тела. Кристалло-фосфоры представляют собой ионные кристаллы с вкрапленными в них ионами активатора и плавня. Электроны атомов металла связываются с атомами металлоида. Хотя отделение электронов в этом случае неполное, образующиеся отрицательные и положительные квазионы производят друг на друга сильное электростатическое действие, обеспечивающее большую прочность таких кристаллов. [c.183]

Все это определило построение гл. 2—5 данной книги. Во второй главе рассмотрены межатомные взаимодействия, энергия связи и некоторые свойства кристаллов с ионной и ван-дер-ваальсовой связями, в третьей — металлы в приближении свободных электронов, в четвертой — основы зонной теории твердых тел (а не только металлов), в пятой — применение зонной теории к определению энергии связи и свойств ряда твердых тел. Наиболее просто энергия связи рассчитывается для кристаллов, в которых между атомами действуют ван-дер-ваальсова или ионная связь. [c.20]

Формулируются основные положения зонной теории твердых тел и даются количественная оценка важнейших особенносте электронного спектра и общая характеристика электронных состояний. [c.335]

Собственный полупроводник — полупроводник, не содержащий примесей, влияющих на его электропроводность. Общие представления зонной теории твердого тела, приведенные во введении, указывают, что для полупроводников характерно наличие не очень широкой запрещенной зоны в энергетической диаграмме (см. рис. В-8). Ширина запрещенной зоны полупроводниковых элементов приведена в табл. 8-2. Для наиболее широко используемых полупроводпикоп она составляет (0,8—4,0)-10" Дж (0,5—2,5 эВ). На рис. 8-1, а приведена энергетическая диаграмма собственного полупроводника, т. е. [c.231]

Современные представления о механизме люминесценции кри-сталлофосфоров основаны на зонной теории твердого тела. Как известно, по этой теории энергетический спектр электрона в изолирующем кристалле состоит из ряда зон дозволенных значений энергии, разделенных полосами запрещенных значений энергии. Верхняя зона заполненных уровней энергии обычно заполнена валентными электронами ионов решетки, как показано на схеме рис. 17. [c.44]

Фазовая диаграмма ксенона представлена на рис.9.6. Исследованная область параметров I простирается от состояний пониженной плотности II, где термодинамические и электрофизические свойства вещества описываются плазменными моделя ми, и непосредственно примыкает к полученной динамическим сжатием жидкого ксенона области плотностей III, описываемых зонной теорией твердых тел. [c.351]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...