Зонная структура полупроводников н изоляторов

Зонная структура полупроводников и изоляторов [c.109]

В диэлектрике (рис. 14, а) запретная зона очень велика. Чтобы электрон мог ее пройти, необходимо сообщить ему значительное количество энергии. При таких условиях происходит непоправимое разрушение кристаллической структуры — пробой изолятора. В полупроводнике (рис. 14, б) запретная зона в несколько раз меньше. Для ее преодоления требуется небольшая затрата энергии (тепловой, электрической, световой и т. п.). В проводниках (рис. 14, в) запретной зоны нет. При обычных энергетических условиях электроны легко переходят из валентной зоны в зону проводимости. Число электронов в этой зоне велико вещество обладает хорошими проводящими свойствами. [c.15]

После рассмотрения одного-единственного электрона в периодическом потенциале мы обратимся к проблеме совокупности валентных электронов в твердом теле. Мы заполним (как для газа свободных электронов в гл. П) энергетические состояния одноэлектронного приближения всеми валентными электронами согласно статистике Ферми. Необходимые для этого плотности состояний г [Е) йЕ мы получим в 22. В двух последующих параграфах мы подробно, на примерах, разъясним зонную структуру в металлах, изоляторах и полупроводниках. [c.71]

Для изоляторов на первом месте стоит изучение таких оптических явлений, при которых электроны перебрасываются из более низкой в более высокую зону. Для описания таких явлений (которые, конечно, важны и для полупроводников и металлов) необходимо детально знать зонную структуру многих зон. [c.101]

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]

Прямыми переходами определяется край поглощения в изоляторах или полупроводниках только в том случае, когда максимум в валентной зоне и минимум в зоне проводимости расположены в одной -точке. Во многих твердых телах это, однако, не имеет места. Примером этого является зонная структура кремния, изображенная на рис. 37. Из него видно, что максимумы валентной зоны лежат в точках Г, а минимумы зоны проводимости — на осях А. [c.269]

Как было указано выше, многие жидкие полупроводники отчасти или полностью, в зависимости от точки зрения читателя, являются металлическими, в то время как наиболее типичные аморфные полупроводники более близко связаны с диэлектриками. С точки зрения электронной структуры это означает, что в аморфных твердых веществах часто реализуются ситуации, когда энергия Ферми четко отделена (в единицах кТ) от энергий, при которых существуют распространенные состояния (зоны проводимости), в то время как жидкие полупроводники имеют энергию Ферми вблизи или внутри зон проводимости. Это различие между жидкими и аморфными твердыми полупроводниками не является универсальным. Так, жидкий селен представляет собой хороший изолятор, а жидкую серу, являющуюся отличным изолятором, можно также отнести к жидким полупроводникам. С другой стороны, были подучены многие аморфные [c.18]

Наряду с существованием края поглощения, т. е. пороговой энергии поглощения при прямых переходах, спектры поглощения полупроводников и изоляторов отличаются отчетливой структурой. На рис. 70 приведен такой пример. Эту структуру, конечно, нельзя объяснить сильной зависимостью матричного элемента от энергии (хотя этот множитель и может иметь отчетливую зависимость от энергии). Всегда, если начальное или конечное состояние перехода лежит в области энергий, где перекрываются частично валентная зона и зона проводимости, комбинированная плотность состояний сильно зависит от энергии перехода. [c.268]

В изоляторах и полупроводниках появляется еще одно усложнение, вытекающее из того, что приближение самосогласованного поля перестает работать. Это усложнение приводит к хорошо знакомому явлению. Когда электрон забрасывается в зону проводимости, в валентной зоне остается незанятое состояние. Как мы выяснили при изучении зонной структуры полупроводников, эта дырка в валентной зоне заряжена положительно. Таким образом, возбужденный электрон движется в поле положительно заряженной дырки. Если для описания кристалла годятся блоховские состояния, то мы можем представлять себе электрон и дырку вращающимися друг относительно друга, как в позитронии или атоме водорода. Такая связанная пара называется экситоном. Это сугубо многочастичный эффект, который не может появиться в приближении самосогласованного поля, где предполагается, что каждый электрон видит средний потенциал, обладающий трансляционной периодичностью решетки. [c.184]

ПОЛУПРОВОДНИКИ — веш ества, промежуточные между проводниками и диэлектриками (изоляторами), с резко выраженной зависимостью их электропроводности от теми-ры, существенпой зависимостью от количества и природы примесей, воздействия электрич. поля, света и др. внешних факторов. Различие проводников, П. и изоляторов объясняет зонная теория в чистых П. и электронных изоляторах между валентно зоной и зоной проводимости HsieeT H запрещенная зона энергий (в П. она < 5 эв, в изоляторах 5 эв) в проводниках последняя отсутствует (зоны могут даже перекрываться). Миним. ширина заиреш енной зоны, вместе с др. данными о зонной структуре, определяет электропроводность, фотопроводимость, температурные зависимости параметров и др. св-ва П. [c.33]

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]

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]

На рис. 37 изображена зонная структура кремния, на рис. 38— лотность состояний этого полупроводника. Вдоль основных осей симметрии—(зона Бриллюэна соответствует рис. 28, б) —мы видим большое число перекрывающихся отдельных зон, которые распадаются на две группы, разделенные запрещенной зоной. Нижняя группа образует отдельные части валентной зоны, верхняя —зоны проводимости. Ширина запрещенной зоны между самым высоким уровнем валентной зоны в точках Г и самым глубоким уровнем зоны проводимости на оси Л несколько больше одного электронвольта. При низких температурах валентная зона целиком заполнена, зона проводимости полностью свободна. Тогда кремний ведет себя как изолятор. Из сравнения плотности состояний рис. 38 с зонной структурой ясно видно, что некоторые участки отдельных зон вносят особенно большой вклад в плотность состояний. Обсуждение этого вопроса, для которого важно [c.109]

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]

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]

В структуре типа алмаза с двумя атомами на примитивную ячейку каждый атом (углерода, кремния или германия) отдает четыре электрона. Таким образом, количество электронов (восемь на примитивную ячейку) оказывается как раз достаточным, чтобы заполнить четыре зоны. Мы видим, что в основном состоянии германия первые четыре зоны целиком заполнены (зоны Лз и Л5 дважды вырождены), в то время как пятая и следующие зоны совершенно пусты. Чтобы перевести электрон из основного состояния системы в возбужденное, требуется вполне конечная энергия (в случае германия около 0,6 эВ). В кремнии и алмазе такие энергетические пороги, или энергетические щели, больше. Наличие в основном состоянии энергетических щелей, целиком заполненных нижних или валентных зон и пустых более высоколежащих зон, или зон проводимости, типично для полупроводников. Что же касается изоляторов, то это просто полупроводники с большими энергетическими щелями, а сами зоны в них, как правило, еще уже. [c.107]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...