Локальные энергетические уровни электронов

Своеобразие точечных дефектов в ионных кристаллах состоит в возможном захвате вакансиями (или иными дефектами) электронов, результатом чего является заметное изменение электронной структуры, появление дополнительных локальных энергетических уровней, изменяющих условия поглощения электромагнитного излучения. Это приводит к окрашиванию прозрачных ионных кристаллов. Весьма распространенным типом дефектов подобного типа являются F-центры окраски, наблюдающиеся в щелочно-галоидных кристаллах и представляющих собой образование, состоящее из электрона и удерживающей его анионной вакансии. Помимо F-центров окраски в ионных кристаллах появляются и олее сложные образования, например комплексы дырка—вакансия, комбинации f-центров и т. д. [c.235]

Явления, возникающие при добавлении в полупроводник донорных или акцепторных примесей, можно объяснить, предполагая, что каждый атом донора (или акцептора) приводит к появлению локального энергетического уровня в запрещенной зоне чуть ниже дна зоны проводимости (или чуть выше потолка валентной зоны), с которого электрон (или дырка) легко возбуждается при термической ионизации. [c.77]

Вторая особенность проявляется в том, что в сильно (промежуточно) легированном материале взаимодействие электронов и дырок с примесями играет двоякую роль. Это взаимодействие формирует определенные участки энергетического спектра и в то же время обусловливает рассеяние носителей заряда (даже тех, которые движутся в примесных областях). А при слабом легировании взаимодействие обеспечивает либо локальные примесные уровни, либо рассеяние электронов и дырок (в зоне проводимости и в валентной). [c.121]

Энергетические уровни (локальные уровни) донорных примесей при малой концентрации располагаются в запрещенной зоне, вблизи от зоны проводимости и отделены от нее узкой полосой значений энергии 1 д. Энергия W ионизации донора — минимальная энергия, необходимая для перевода электрона с донорного уровня в зону проводимости (рис. 13.1, б). Введение акцепторов сопровождается образованием локальных уровней, приподнятых над валентной зоной на величину (рис. 13.1, в), которая представляет собой минимальную энергию, необходимую для перевода электрона, валентной зоны на локальный акцепторный уровень. Заметим, что в энергетической диаграмме по оси ординат откладываются значения энергии электрона, тогда как абсцисса на диаграмме масштаба не имеет. [c.173]

Именно в окрашенных кристаллах щелочно-галоидных соединений, как уже упоминалось выше, впервые удалось не только выяснить физическую природу некоторых дефектов структуры, связанных с образованием локальных уровней захвата, но и создать [41 ] количественную теорию энергетического состояния электрона в области таких дефектов. Поэтому щелочно-галоидные фосфоры имеют несомненные преимущества по сравнению с другими люминофорами как объекты для исследования локальных уровней захвата электронов и структурных дефектов решетки, обусловливающих их возникновение. [c.46]

Свойства симметрии и система обозначений. В двухатомной молекуле существуют компоненты сильного электрического поля вдоль межъядерной оси, которые определяют симметрию электронных волновых функций. В атомных волновых функциях при связи Ь — суммарный орбитальный момент импульса электронов Ь является константой движения и, следовательно, квантуется. В атомах компонента Ь вдоль некоторого направления, т. е. М, не влияет на уровень энергии, за исключением тех случаев, когда имеется внешнее магнитное (эффект Зеемана или Пашена — Бака) или электрическое ноле (эффект Штарка). Даже при самых сильных полях, получаемых в лабораторных условиях, расщепление энергетических уровней (для различных значений М при фиксированном Ь) меньше, чем 10" эв. В противоположность этому энергии молекулярных электронов почти полностью определяются компонентой момента импульса электронов вдоль оси молекулы и эти энергетические уровни отделены друг от друга на несколько электрон-вольт. Такое различие получается из-за того, что локальные электрические поля в пределах молекулы значительно пре- [c.103]

Для химического анализа поверхностных слоев твердых тел в последние годы нашел применение метод электронной Оже-спектроскопии (ЭОС) [22, 116], основанный на использовании электронов, фотонов (Х-лучей) или ионов для возбуждения атомов и удаления электронов с более низких энергетических уровней. Этим методом можно исследовать чистоту исходной поверхности, сегрегацию (скопление, обособление) элементов по границам зерен, поверхностную диффузию, процессы коррозии, спекания, а также различные химические взаимодействия и характер химических связей в веществах. Локальность метода достигает 50 нм глубина выхода Оже-электронов из образца — 0,5— 3 нм. Метод можно применять совместно с методом РЭМ. [c.72]

Величина ЭЭЭ зависит от структурных дефектов приповерхностного слоя материала. Считают, что при механической обработке поверхности твердого тела, в том числе различных керамических и огнеупорных материалов, образуются дефекты, создаются энергетические уровни, запятые электронами (ионами). При нагревании или других видах возбуждения электроны (ионы) забрасываются на образовавшиеся локальные уровни. Освобождение их с этих уровней требует гораздо меньшей энергии, чем с нормальных уровней. Подобные уровни известны из зонной теории строения твердого тела и носят название уровней захвата. ЭЭЭ протекает до тех пор, пока не исчезнут дефекты кристаллов, влияющие на образование локальных уровней. [c.47]

Ядро в кристалле будет подвергаться действию электростатического поля со стороны своего окружения (см. схему на рис. 17.16). Если симметрия этого поля ниже, чем кубическая, то наличие в ядре квадрупольного момента приведет к тому, что-в системе энергетических уровней возникнет расщепление, определяемое взаимодействием квадрупольного момента с локальным электрическим полем. В Приложении М рассмотрен именно такой эффект, только для случая электронного квадрупольного момента. Хотя термин квадрупольный момент там не используется, но электрон в р-состоянии (L = 1) обладает квадруполь-ным моментом, который ответственен за расщепление линий, связанных с внутрикристаллическим полем в излучаемом образце. [c.614]

Предположим, что мы нашли основное состояние электронов в диэлектрике в приближении независимых электронов. Низшее возбужденное состояние диэлектрика будет, очевидно, отвечать переносу электрона с самого высокого уровня в наиболее высоко расположенной заполненной зоне (т. е. в валентной зоне) на самый нижний уровень наинизшей незаполненной зоны (зоны проводимости) ). Такое изменение распределения электронов не влияет на самосогласованный потенциал, в котором они движутся см. (17.7) или (17.15)]. Это объясняется тем, что блоховские электроны не локализованы ( (г) Р -периодическая функция), поэтому локальное изменение плотности заряда, обусловленное переходом одного электрона на другой уровень, имеет порядок МЫ (поскольку только им часть заряда электрона окажется в некоторой выбранной элементарной ячейке), т. е. пренебрежимо мало. Поэтому для возбужденной конфигурации не надо проводить нового расчета электронных энергетических уровней энергия первого возбужденного состояния будет превышать энергию основного состояния на величину — < г>1 где — минимальная энергия в зоне проводимости, а. — максимальная энергия в валентной зоне. [c.244]

Отсюда видно, что ПЭ зависит от электрического поля так же, как ТЭ зависит от температуры ln(j/S2) = = f(l/ ё) (рис. 25.47). При высоких температурах плотность тока ПЭ возрастает с Т, особенно сильно в области малых (но уже вызывающих ПЭ) электрических полей. Распределение по энергиям электронов, эмитируемых из металла, при ПЭ при низких температурах эмиттера начинается от энергии, соответствующей уровню Ферми в металле (принимаемому за нуль), и простирается в область отрицательных энергий. Ширина распределения на половине высоты составляет около 0,5 эБ (рис. 25.48). При возрастании температуры энергетический спектр эмитируемых электронов расширяется в сторону положительных энергий. ПЭ полупроводников обладает рядом особенностей, связанных с распределением электронов по энергиям в них, с проникновением внешнего электрического поля в полупроводник и с сильной термо- и фоточувствительностью полупроводников, оказывающей влияние на ток ПЭ (рис. 25.49) [28, 29]. Токи ПЭ с большой плотностью удается получать с эмиттеров, имеющих форму острия. Предельная плотность тока, еще не разрушающего острие, /кр возрастает с увеличением угла при вершине эмитирующего конуса, так как с увеличением этого угла улучшается отвод теплоты от острия (табл. 25.27, рис. 25.50). В очень сильных электрических полях, когда плотность тока ПЭ достигает 10 —10 А/см локальные участки катода, из которых происходит эмиссия, (острия) в результате сильного разогрева взрываются, образуя плотную плазму, расширяющуюся со скоростью t = 10 см/с. Этот процесс сопровождается возникновением интенсивной эмиссии (взрывная электронная эмиссия, рис. 25.51) [30]. Ток /, А, взрывной электронной эмиссии при взрыве одиночного острия [c.588]

Пусть локальные уровни отщепились от валентной зоны вместе с соответствующими электронами и находятся между валентной зоной и зоной проводимости. Энергетические расстояния между дном зоны проводимости И локальными уровнями меньше, чем расстояние между дном зоны проводимости и верхом валентной [c.343]

Кристаллы с четным числом электронов на узел кристаллической решетки являются диэлектриками или полупроводниками (см. рис. 1.5,6) в них зоны в основном состоянии Т=0 К) либо полностью заполнены, либо пусты. В этом случае электрическое поле не может изменить энергии электронов в заполненной зоне (все уровни заняты), а в пустой зоне нет носителей заряда. Вследствие этого при Г->-0 К в диэлектриках и полупроводниках а->0. Верхнюю заполненную зону (валентную) и ближайшую пустую зону (зону проводимости) разделяет энергетическая щель (запрещенная зона) ДЦ7 (см. рис. 1.4 н 1.5,6). Поверхность Ферми в кристаллах с энергетической щелью в электронном спектре отсутствует, но середина этой щели (при отсутствии примесей и локальных уровней) называется уровнем Ферми Го (см. рис. 1.5,6). Для возбуждения электропроводности в этих кристаллах необходимо, чтобы за счет тепловых колебаний или других энергетических факторов частично освободилась валентная зона (дырочный механизм электропроводности) или частично заселилась электронами зона проводимости (электронный механизм). [c.14]

Рис. 2.27. При легировании полупроводника различными примесями энергетические зоны локально могут сдвигаться. На диаграмме представлена зависимость энергии от пространственной координаты. Доноры — это примеси в кристаллической решетке, которые могут давать электроны в зону проводимости. Акцепторы же — это примеси, которые могут связывать электроны, т. е. генерировать дырки в валентной зоне. F — уровень Ферми, до которого могут быть заполнены электронные уровни W — нижний край зоны проводимости, Wz, — верхний край валентной зоны, р и п относятся к положительным и отрицательным носителям заряда (в соответствии с типом легирующих примесей).

Решения второго класса описывают неравномерное распределение электронов с максимумом вблизи структурного дефекта. В этом смысле соответствующие значения энергии можно назвать локальными уровнями i) следует лишь иметь в виду, что, как указывалось в 9, это — не одноэлектронные уровни в буквальном смысле слова. Очевидно, эти состояния, если они существуют, энергетически выгоднее решений первого класса (если отсчитывать энергию от фермиевской, то в первом случае f > 0. а во втором Е < 0). Крайне существенно, однако, что (независимо от характера [c.204]

Электрон, медленно движущийся в полярной среде, вызывает локальную поляризацию окружения. При взаимодействии электрона с фононом, соответствующем локальному смещению иона, образуется поляроп . Взаимодействие двух соседних молекул, находящихся в возбужденном состоянии в молекулярном кристалле (или групп отдельных молекул), может вызвать на какое-то время смещение атомов из их обычных положений и смещение энергетических уровней электронов. Такое образование носит название эксимер . [c.68]

Первые попытки применения квантово-механической теории энергетического состояния электронов в диэлектриках и полупроводниках к интерпретации фотохимических и фотоэлектрических явлений в щелочно-галоидных кристаллах принадлежат П. С. Тар-таковскому [71]. На основе имевшихся в то время экспериментальных данных и общих соображений об энергетических уровнях в кристаллах Тартаковским впервые была построена схема энергетических уровней для ряда щелочно-галоидных соединений с учетом локальных электронных состояний различных центров окраски. Анализируя электронные переходы между различными уровнями энергии кристалла, можно было объяснить ряд оптических и фотоэлектрических свойств окрашенных кристаллов ще-лочно-галоидных соединений с единой точки зрения. Однако в отличие от полупроводников, для которых свет в области их фундаментального поглощения является фотоэлектрически активным, в щелочно-галоидных кристаллах не наблюдается внутреннего фотоэффекта под действием света в области первой полосы собственного поглощения. По этой причине попытки применения зонной теории к толкованию всей совокупности явлений, связанных с собственным поглощением, фотопроводимостью и люминесценцией щелочно-галоидных кристаллов наталкивались на существенные затруднения. Некоторые фундаментальные экспериментальные факты относительно свойств окрашенных щелочно-галоидных кристаллов не получили объяснения ни в энергетической схеме Тарта-ковского, ни в подобных более всеобъемлющих схемах, предлагавшихся позднее. В частности, оставалась совершенно непонятной сама возможность образования в кристалле столь устойчивой окраски под действием света или рентгеновых лучей, какая в действительности наблюдается у щелочно-галоидных кристаллов. В самом деле, при образовании в процессе фотохимического окрашивания свободных электронов, локализующихся затем на уровнях захвата, в верхней зоне заполненных уровней энергии должны образоваться свободные положительные дырки. Вследствие диффузии этих дырок в верхней зоне заполненных уровней вероятность их рекомбинации с электронами, локализованными в центрах окраски, должна быть достаточной, чтобы кристалл быстро обесцветился даже в темноте. Между тем, известно, что окраска кристалла весьма устойчива и сохраняется в темноте очень продолжительное время. Возможность локализации положительных дырок в предлагавшихся квантово-механических моделях не рассматривалась. [c.30]

По законам статистики концентрация флуктуационных уровней данной энергии пропорциональна вероятности их возникновения. Поскольку вероятность появления глубоких потенциальных ям меньше, чем мелких, плотность состояний флуктуационных уровней спадает по мере удаления от краев зон делокализованных состояний ("хвосты плотности локализованных состояний — см. рис. 2. 6,п-в). Характерная особенность системы частиц в случайном поле состоит в том, что энергетический спектр флуктуационных состояний является "всюду плотным". Это означает, что в бесконечно большом образце всегда найдутся энергетические уровни локальных состояний, бесконечно близкие к данному. Однако, вероятность того, что близкие по энергиям состояния окажутся и в пространстве близкими, ничтожно мала. Аналогично, пространственно близким электронным состояниям будут соответствовать различающиеся энергетические уровни. Поэтому, несмотря на возможное перекрытие волновых функций со- [c.115]

Рис. 17.16. Ядро с квадрупольным моментом 01 в локальном поле четыре.х ионов Q>0). Электроны ионов не показаны, а) Ориентация, соответствующая наинизшей энергии, б) Ориентация, соответствующая наибольшей э 1ер-гии. в) Расщепления энергетического уровня. аля ядра со сиином / = 1.

Прежде всего можно исключить из рассмотрения случай, когда парамагнитные атомы (или моны) образца являются малыми примесями, концентрации которых таковы, что мгновемное поле электронов будет меньше ядерного локального поля для всех ядер, за исключением небольшого числа расположенных в непосредственной близости от парамагнитной примеси. Хотя эти примеси и играют важную роль в механизме спин-решеточной релаксации системы, адерных спщов, как будет показано в гл. IX, их влияние на положение энергетических уровней системы и на форму ненасыщенной линии ядерного резонанса пренебрежимо мало. [c.188]

По спектрам ЯМР можно судить о природе связи в магнитных кристаллах. Величина магнитного поля, действующего на данное ядро, зависит не только от напряженности внешнего поля, но также от локального поля, обусловленного диполь-дипольпым взаимодействием соседних ядер и атомов. Определяя резонансную частоту, нетрудно измерить величину зеемановского расщепления энергетических уровней ядер в данном магнитном поле. По величине расщепления и известным магнитным моментам различных ядер можно определить общую величину поля в области ядра. Исследуя спектры при разной ориентации кристалла по отношению к внешнему магнитному полю, можно получить угловое распределение локального магнитного поля. Зная свойства локального поля, можно определить природу сил связи между атомами и ионами в твердом теле. Например, в антиферромагнетике Мпр2 в локальное магнитное поле вблизи иона Мп " вносят вклад как электроны, участвующие в образовании связи, так и соседние парамагнитные ионы марганца. Вклад р- и 5-электронов в связь и степень ковалентности можно вычислить, так как ионная и ковалентная структуры [c.83]

Однако помимо мелких уровней, определяемых соотношением (2.69), в полупроводниках имеются локальные уровни, лежащие на значительно больших расстояниях от энергетических зон. Эти глубокие уровни нельзя объяснить водородоподобной моделью и приходится считать, что электроны в таких атомах примеси слабо В(Эаимодействуют с атомами основного вещества, а орбита электрона примесного атома имеет малый радиус. Глубокие примесные уровни играют больщую роль в протекании неравновесных процессов. [c.93]

При повышении концентрации примесных атомов электрон, локализованный вблизи одного из атомов примеси, начнет испытывать воздействие и со стороны других примесных атомов. В результате его энергетический уровень, оставаясь дискретным, несколько сдвйнется по энергии. Величина этого сдвига зависит от расположения других примесных атомов относительно центра локализации она тем больше, чем больше атомов примеси отстоит от центра на расстояние, не превышающее примерно Го (го — так называемый радиус экранирования, в случае слабо легированных полупроводников го>ав, где ав — радиус боровской орбиты в ир исталле см. гл. II, 8). Но распределение примеси в решетке никогда не бывает строго упорядоченным. Всегда имеют место локальные флюктуации концентрации. Поэтому и сдвиг энергии примесного уровня относительно дна свободной зоны Ес оказывается случайным и различным в разных точках образца. Это приводит к тому, что в запрещенной зоне вместо одного дискретного уровня появляется некоторый их набор. Такое явление называется классическим уширением уровней (см. рис. 44, б Ес—АЕ — энергия бывшего уровня примеси). Изложенная ситуация отв1бчает промежуточно легированному полупроводнику. [c.120]

На энергетической диаграмме наличие примеси в решетке полупроводника будет характеризоваться появлением локального уровня, лежащего в запрещенной зоне. Так как при ионизации атома мышьяка образуется свободный электрон и для его отрыва требуется значительно меньшая энергия, чем для разрыва ковалентных связей кремния, то энергетический уровень дойорной примеси [c.270]

Было установлено, что в кластерах железа всех рассматриваемых размеров, как и в массивных образцах, доминирует эффект спиновой поляризации, причем для с/-полос обменное расщепление энергии между уровнями преобладающего и противоположного направлений спинов имеет такой же порядок величины, как и в зонной теории. Отсюда сделан вывод обменное расщепление, по-видимому, является локальным свойством, не слишком чувствительным к изменению размера кластера. С другой стороны, ширина заполненной части d-полосы ниже уровня Ферми возрастает при переходе от Fe4 к Fejj. В случае Fe s эта ширина составляет 94 и 85% от значений ширины заполненной зоны у массивного образца для систем электронов с преобладающим и противоположным направлениями спинов соответственно. Характерной особенностью кластеров является наличие энергетической щели между заполненными и незаполненными состояниями, которая в случае доминирующего направления спинов уменьшается от 0,2 до 0,14 Ry (ридберг) с увеличением размера кластера от Fe4 до Fe s. [c.248]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...