Подвижность электронов в металлах

Теплопроводность металлов. За передачу теплоты через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют и электропроводность металлов ti число которых в единице объема металла весьма велико. Поэтому, как правило, коэффициент теплопроводности металлов намного больше, чем коэффициент теплопроводности диэлектриков (см. табл. 5-1). Очевидно, что при прочих равных условиях, чем больше удельная электрическая проводимость у металла, тем больше должен быть н его коэффициент теплопроводности. Легко также видеть, что при повышении температуры, когда подвижность электронов в металле и соответственно его удельная проводимость v уменьшаются, отношение коэффициента теплопроводности металла к его удельной проводимости y Jy должно возрастать. Математически это выражается законом Видемана —Франца —Лоренца [c.195]

Как впервые было обнаружено Бедекером >) в 1909 г., полупроводники имеют измеримый Холл-эффект, причём подвижность носителей оказывается того же порядка величины, что и подвижность электронов в металлах. В настоящее время наличие измеримого Холл-эффекта рассматривается как доказательство того, что данное вещество является полупроводником. Число полупроводников с кажущимся положительным знаком заряда носителей тока примерно такое же, как и с отрицательным знаком. Эта аномалия, так же как и в случае металлов, объясняется современной теорией твёрдых тел. [c.82]

Подвижность электронов в металлах [c.124]

Металлическая связь может быть сопоставлена с ковалентной связью, при которой валентные электроны обобществляются соседними атомами. Но столь же правомерно и сопоставление ее с ионной связью, если считать, что отрицательные ионы скрепляют вместе положительные ионы. Выбор того или иного сопоставления зависит от рассматриваемого металла. Подвижность электронов в металле оправдывает применение таких терминов, как "электронный газ" и "электронное облако". Поскольку металлическая связь не обладает направленностью, координационное число, как правило, велико. У большого числа металлов, например Ве, Mg, А1, Са, Т1, Со, N1, Си, Ъп, 8г, Ag, Сё, Ре (при высокой температуре), каждый атом окружен 12 соседями. Другие металлы - Ь1, Ка, К, V, Сг, Мо, Ре (при высокой температуре) имеют координационное число 8. Лишь у металлов со значительной степенью ковалентности - 81, Ое, 8п (при низкой температуре) - координационное число равно 4. [c.9]

При плавлении подвижные электроны в М. сохраняются, поэтому сохраняется большая электропроводность, хотя разрушение дальнего порядка приводит к скачкообразному росту р (табл. 5 см. также Жидкие металлы). Исключение составляют Sb, Ga, Bi, у к-рых при плавлении р уменьшается (для этих М. плавление сопровождается увеличением плотности). [c.118]

П. с. обнаружены у мн. металлов, полупроводников и диэлектриков. П. с., находящиеся в запрещённых зонах полупроводников, влияют на их электрич. свойства они определяют изгиб зон у поверхности, т. е. работу выхода полупроводника и приповерхностную концентрацию электронов в тонких образцах изменяется и ср. концентрация электронов, П. с. ответственны за поверхностную рекомбинацию и рассеяние, приводящее к уменьшению подвижности электронов в приграничных слоях. [c.652]

Электронные спектры металлов, полуметаллов, полупроводников и диэлектриков сравниваются на рис. 1.6. В металлах различие между валентной зоной и зоной проводимости несущественно, вследствие чего электроны легко меняют энергию, переходя с уровня на уровень, и поэтому практически свободны. Электроны в металлах не локализованы—принадлежат всему кристаллу и не образуют пространственно направленных связей между ионами. Во всех остальных кристаллах большинство электронов в той или иной мере локализовано. В полуметаллах, правда, энергия возбуждения практически равна нулю, так что даже при 7 =0К существуют подвижные электроны, обеспечивающие бесконечную проводимость. Тем не менее уже в полуметаллах большая часть электронов локализована между атомами и образует в кристалле пространственно направленные связи. [c.15]

Исследование природы проводимости карбидов переходных металлов привело к выводу о значительном вкладе в нее электронной составляющей [16]. Вклад электронной и дырочной составляющей проводимости может быть охарактеризован величиной 6 = п-и- —п+и+ , где п , п+ — концентрации и U-, и+ — подвижности соответственно электронов и дырок. Положительные значения б свидетельствуют о преимущественно электронной проводимости, а отрицательные — дырочной. Рассмотрение величин б, приведенных в табл. 1, показывает, что при переходе от металлов IV группы к металлам VI группы доля дырочной проводимости в самих металлах возрастает. Возрастает она и у соответствующих карбидов, хотя преимущественно электронный характер проводимости сохраняется (кроме W ). При этом интересно отметить, что несмотря на несколько более высокое удельное сопротивление карбидов, доля электронной проводимости у них выше, чем у соответствующих металлов. Это объясняется большей подвижностью электронов в карбидах [16]. [c.11]

Интегрирование в (32.16) проводится по поверхности Ферми, поэтому тензор проводимости металла зависит только от свойств электронов на поверхности Ферми. Высокая проводимость металла обусловлена большой подвижностью электронов. В изотропном [c.195]

Мы полагаем, что для простых металлов можно всегда построить такие псевдопотенциалы, которые приводят к фазам, меньшим л. Этому отвечает предположение о том, что в сплавах простых металлов не возникают примесные состояния. Мы не можем, конечно, отбросить возможность образования связанных состояний в полупроводниках, так как добавление к ним примесей отличающейся валентности неминуемо приведет к кулоновскому потенциалу. Столь дальнодействующий потенциал, существование которого в металлах невозможно вследствие экранирования подвижными электронами, в полупроводниках приведет к образованию связанных состояний. [c.205]

Это среднее значение скорости в ускоренном движении получило название дрейфовой скорости (отношение /E=6 называют подвижностью электронов, размерность м2/(В-с)). Существование у всех электронов этой слагающей скорости с постоянным направлением выражается в том, что в направлении, обратном вектору, в металле происходит перемещение отрицательного заряда. При этом плотность тока можно вычислить, пользуясь выражением [c.193]

Физические факторы, которые влияют на подвижность носителей, в полупроводниках те же самые, что и в металлах, т. е. рассеяние электронов на колебаниях кристаллической решетки и на атомах примеси. Однако зависимость подвижности носителей от температуры в полупроводниках совершенно другая, чем в металлах. Это обусловлено зависимостью распределения носителей заряда в полупроводниках от температуры уже при их небольших энергиях, в то время как в металлах распределение энергии электронов от температуры из-за большей их средней энергии начинает зависеть от температуры лишь при высоких энергиях. В полупроводниках подвижность носителей из-за рассеяния на колебаниях кристаллической решетки с ростом температуры убывает как а их подвижность из-за рассеяния на атомах примесей увеличивается пропорционально В результате этого полная электропроводимость в зависимости от температуры имеет минимум при некоторой температуре. Детали этой зависимости довольно сложны и здесь не приводятся. [c.355]

Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов. Число носителей заряда (концентрация свободных электронов) в металлическом проводнике при повышении температуры практически остается неизменным. Однако вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т. е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона X, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление (рис. 7-2). Иными словами, температурный коэффициент (см. стр. 39) удельного сопротивления металлов (кельвин в минус первой степени) [c.192]

Температурная зависимость подвижности носителей. Согласно экспериментальным данным у некоторых полупроводников и даже диэлектриков — веществ со значительно меньшей удельной проводимостью, чем металлы, подвижность носителей может быть на несколько порядков больше, т. е. электроны в плохо проводящих кристаллах могут двигаться более свободно, чем в металлах. Подвижность носителей заряда [c.240]

Большая подвижность может быть обусловлена малой эффективной массой носителя заряда т и большим временем свободного пробега или, точнее, временем релаксации Tq. В полупроводниках элективная масса носителей заряда может быть как больше, так и меньше массы свободного электрона. Время релаксации, характеризующее спадание тока после снятия поля, обусловливается процессами рассеяния движущихся в полупроводниках электронов. Чем больше частота столкновений и чем они интенсивнее, тем меньше время релаксации, а следовательно, и подвижность. При комнатной температуре средняя скорость теплового движения свободных электронов в невырожденном полупроводнике и в диэлектрике (если они в нем имеются) около 10 м/с. При этом эквивалентная длина волны электрона будет около 7 нм, тогда как в металлах она составляет примерно 0,5 нм. Таким образом, вследствие большей длины волны электрона в полупроводнике и в диэлектрике по сравнению с металлом, неоднородности порядка размеров атома мало влияют на рассеяние электронов. У некоторых чистых полупроводников подвижность может быть очень большой, 10 м /(В-с) и выше, у других она меньше 10" mV(B- ). Вычисляемая по последнему значению длина свободного пробега составляет лишь долю межатомных расстояний в решетках. Физический смысл требует, чтобы длина свобод- [c.240]

Оценка показывает, что для таких металлов, как медь, т ж Л 2 10" с, подвижность электронов, вычисленная по формуле (7.7), и 3 10 м /В с, а скорость дрейфа в полях обычной напряженности (ё яа 10 В/м) ид 0,3 м/с. Эта величина на много порядков ниже скорости хаотического движения электронов vf 5 1,6-10 м/с, вследствие чего с приложением поля средняя скорость электронов в проводнике остается практически неизменной. [c.182]

По современным научным воззрениям не только органические, но и неорганические неметаллические материалы имеют полимерное строение. Ковалентные, ионные и дисперсионные химические связи в полимерных материалах исключают наличие в объеме тела подвижного электронного газа, образующего металлическую связь и легко переносящего тепловую и электрическую энергию. Поэтому одним из основных отличий неметаллических материалов от металлов, сплавов и графита имеющего также металлическую связь между плоскостями кристаллической решетки) являются их тепло- и электроизоляционные свойства. [c.7]

Металлы проводят электрический ток, так как валентные электроны могут свободно двигаться в кристаллической решетке. Причины подвижности электронов в металлах состоят в том, что они легко удаляются из атома (низкая энергия ионизации) и Nroryr находиться близко к двум или более положительным ядрам в любой части кристалла (из-за наличия большого числа свободных валентных орбит). Вещества, в которых имеются свободные носители зарядов - проводники. В изоляторах (диэлектриках) свободные носители зарядов отсутствуют. Металлы - характерные проводники и энергия делокализованных электро- [c.42]

Сплавы ниобия и тантала. Поскольку NbaOg — полупроводник п-типа с анионными вакансиями, можно было бы полагать, что добавка в ниобий более высоковалентного металла (в области параболического окисления) должна привести к снижению скорости окисления. Однако анализ изменения концентрации и подвижности анионных вакансий в NbgOs при легировании титаном, ванадием, хромом и алюминием показывает, что в связи с высокой концентрацией дефектов, отличающейся лишь на два порядка от концентрации свободных электронов в металлах, и возможным изменением подвижности при изменении их концентрации подход к жаростойкому легированию ниобия с позиции теории Вагнера неприменим. Априорный выбор добавок в данном случае затруднен. Важную роль играет размер иона легирующего элемента. При образовав НИИ однофазной окалины легирование ниобия металлами, образующими ионы меньшего, чем ион размера, [c.427]

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]

Подвижность электрона определяется средней длиной свободного пробега. Для определенрм длины свободного пробега кратко рассмотрим механизм движенрм электронов в металле. Движение электронов не независимо от присутствующих атомов. В противном случае при движении к положительному электроду происходило бы непрерывное увеличение скорости электрона до скорости света. В действительности электроны отражаются или рассеиваются на несовершенствах кристаллической решетки. Если получивший ускорение электрон после упругого рассеяния начинает двигаться в обратном направлении, то в соответствии с предыдущими рассужденрмми его скорость должна уменьшаться. Расстояние между точками изменения траектории играет важную роль, так как увеличение этого расстояния означает, что электрон большую часть времени ускоряется (или замедляется), скорость дрейфа увеличивается. Среднее расстояние между точками, в которых происходит рассеяние, называется средней длиной свободного пробега. [c.26]

Поскольку удельная электронная электропроводность у полупроводниковых материалов значительно меньше, чем у металлов, подвижность носителей заряда их больше (т. е. электроны в плохопроводящих материалах могут двигаться более свободно, чем в металлах). Поэтому тепловыми, световыми, электрическими и механическими воздействиями можно управлять электропроводностью полупроводниковых структур. [c.387]

Взаимодействие кислорода с чистой поверхностью металла протекает в три этапа I) адсорбция кислорода, 2) иуклеация, т. е. образование зародышей, 3) рост сплошной оксидной пленки. На первых стадиях адсорбции пленка состоит из атомов кислорода, так как свободная энергия адсорбции атомов кислорода превышает свободную энергию диссоциации его молекул. Методом дифракции медленных электронов удалось установить, что атомы некоторых металлов входят в состав адсорбционной пленки и образуют относительно стабильную двухмерную структуру из ионов кислорода (отрицательно заряженных) и металла (положительно заряженных). Как уже говорилось в отношении пассивирующей пленки (разд. 5.5), адсорбционная пленка, составляющая доли монослоя, термодинамически более стабильна, чем оксид металла. На никеле, например, она сохраняется вплоть до точки плавления никеля [1 ], тогда как NiO разрушается вследствие растворения кислорода в металле . Дальнейшая выдержка при низком давлении кислорода ведет к адсорбции на металле молекул Оа, проникающих сквозь первичный адсорбционный слой. Так как второй слой кислорода связан менее прочно, чем первый, он адсорбируется не диссоциируя. Возникающая в результате структура более стабильна на переходных, чем на непереходных металлах [2]. Любые дополнительные слои адсорбированного кислорода связаны еще слабее, и наружные слои становятся подвижными при повышенных температурах, о чем свидетельствуют рентгенограммы, отвечающие аморфной структуре. Вероятно, ионы металла входят в многослойную адсорбционную пленку в нестехиометрических количествах и к тому же относительно подвижны. Например, обнаружено, что скорость поверхностной диффузии атомов серебра и меди выше в присутствии адсорбированного кислорода, чем в его отсутствие [3]. [c.189]

Фазы а, 3, S — электронные проводники, у и S имеют одинаковый химический состав — обычно это металлы. Мембраной между Y и а, а также между р и б служат естественные границы фаз, проницаемые толыко для электронов, а центральная мембрана между аир, электролит, является ионным проводником, т. е. она проницаема только для определенных катионов или (и) определенных анионов. Соответствующие ионы должны присутствовать в фазах а, Р либо получаться в них в результате химических реакций. Величина ф" —ф в таком элементе в принципе может быть измерена, поскольку химическая часть работы переноса заряженной частицы, в данном случае электрона, между химически идентичными фазами отсутствует. Пусть, например, в мембране, разделяющей фазы аир, подвижны только катионы В+ вещества В с зарядом +z. Вещество В может находиться в фазах а, р в виде раствора с другими веществами или входить в состав молекул более сложных соединений. Подвижными компонентами в системе являются ионы и электроны ё. Условия (17.26) равновесия реакции образования В в фазах из подвижных компонентов [c.151]

Подвижность носителей. Подвижность носителей заряда определяется согласно (7.124) временем релаксации т. Время релаксации было введено в модели свободных электронов Друде для объяснения теплопроводности и электропроводности металлов. Предполагалось, что за единичнре время любой электрон испытывает столкновение с вероятностью, равной 1/т, т. е. считалось, что результат столкновения не зависит от состояния электронов в момент рассеяния. Такое упрощение является чрезмерным. Частота столкновений электрона сильно зависит, например, от распределения других электронов, так как в силу принципа Паули электроны после столкновений могут переходить только на свободные уровни. Кроме того, в твердом теле существуют различные механизмы рассеяния. Поэтому при таком описании столкновений от приближения времени релаксации отказываются. Вместо введения времени релаксации предполагают существование некоторой вероятности того, что за единичное время электрон из зоны п с волновым вектором к в результате столкновения перейдет в зону с волновым вектором ki. Эту вероятность находят с помощью соответствующих микроскопических расчетов. Такой подход, однако, очень сильно осложняет рассмотрение. [c.249]

В предыдущей главе при обсуждении вклада электронов проводимости в теплопроводность и теплоемкость металлов было установлено, что электронный газ в металлах является сильно вырожденным. Поскольку в этом случае концентрация электронов от температуры практически не зависит, температурная зависимость электропроводности металла o=e/ip, определяется зависимостьк> подвижности от Т. В области высоких. температур в металлах, так же как и в полупроводниках, доминирует рассеяние электронов на фононах. Выше было показано, что для вырожденного электронного газа подвижность, обусловленная рассеянием на фононах, обратно пропорциональна температуре (7.164). [c.255]

Поскольку удельная электропроводность определяется выражением а = епр, а в металлах электронный газ полностью вырожден, то можно принять, что концентрация электронов проводимости п с изменением температуры остается постоянной. Но с ростом температуры подвижность р, уменьшается, что и обесЦечивает у бывание влектропроводностн или увеличение электросопротивления. [c.132]

Казалось бы, что, подобно электронам, и положительные ионы, разогнанные полем, сталкиваясь с нейтральными частицами газа, должны вызывать ионизацию газа. В действительности при энергиях до сотен и тысяч электрон-вольт соударения положительных ионов с частицами газа непосредственно не приводят к ионизации газа. Такое различное действие электронов и положительных ионов на частицы газа объясняется тем, что электроны имеют значительно большую подвижность, чем ионы. Кроме того, отщепляемый электрон отталкивается электроном, столкнувшимся с частицей газа, и, наоборот, притягивается положительным ионом. Сказывается также и то, что для электрона длина свободного п-робега больше, чем для иона. Если положительный ион, разогнанный полем, испытывает соударение с периферическим электроном нейтральной частицы, то условия для отщепления электрона оказываются неблагоприятными, так как при большом различии массы энергия, отдаваемая электрону при ударе, мала. Ионизация при соударении ионов с частицами газа зависит от химической природы столкнувшихся частиц, ибо соударения являются элементарным актом химической реакции. При разряде в газе, находящемся между металлическими электродами, положительные ионы высвобождают электроны из металла, бомбардируя поверхность катода. [c.60]

Электропровсдность чистых металлов. Так как в металлах концентрация электронного газа п практически не зависит от температуры, то зависимость удельной электропроводности а от температуры полностью определяется температурной зависимостью подвижности и электронов вырожденного электронного газа. В достаточно чистом металле концентрация примесей невелика и подвижность вплоть до весьма низких температур определяется рассеянием электронов на колебаниях решетки. [c.187]

Если толщина пленки d порядка длины свободного пробега электрона в диэлектрике или меньше ее (d < X), то использовать понятие подвижности носителей заряда для расчета сопротивления такой пленки нельзя. В этом случае электроны металла, преодолевшие потенциальный барьер Фо и влетевшие в диэлектрическую пленку, будут попадать на второй контакт практически без столкновений (рис. 10.3, б). Такой механизм прохождения свободных зарядов через тонкую диэлектрическую пленку называют надбарьерной инжещией, или надбарьерной эмиссией. Воспользовавшись аналогией с термоэлектронной эмиссией в вакуум, можно определить плотности встречных электронных токов с металлических контактов по формуле Ричардсона — Дешмена [c.274]

Развитие пластич. деформации, связанное с перемещением Д., существенно определяется скоростью их движения (подвижностью) и интенсивностью образования (зарождения) подвижных Д. Подвижность Д. в предельно чистых и совершенных кристаллах зависит от характера сил межатомных связей, от взаимодействия с фононами и электронами проводимости (в металлах). Подвижность Д. в неидеальных кристаллах уменьшается за счёт их взаимодействия друг с другом и с др. дефектами, к-рое приводит к торможению или застопо-рению движущихся Д. и вызывает упрочнение кристалла при деформировании. Но оно же приводит к возникновению новых Д., без чего невозможно обеспечить значит. пластич. деформацию. Если бы новы Д. не рождались в кристалле, то пластич. деформация прекратилась бы после выхода па поверхность тола всех подвижных Д. При повышении внеш. напряжений интенсивность размножения Д. увеличивается, и ср. расстояния между Д. сокращаются. Возникает дислокационная структура, к рая либо полностью препятствует движению Д. тогда дальнейший рост нагрузки приводит к разрушению кристалла путём зарождения и распространения микротрещин), либо придаёт движению Д. кооперативный характер, обеспечивающий очень большие пластич. деформации (кристалл может перейти в состояние сверхпластичности). [c.638]

ЛАНДАУ диамагнетизм — диамагнетизм систелш подвижных носителей зарядов (напр., электронов проводимости в металлах). Предсказан Л. Д. Ландау в 1930. Л. д. представляет собой чисто квантовый аффект, обусловленный квантованием орбитального движения заряж. частиц в магн. поле (квантуется энергия движения в плоскости, перпендикулярной полю, см. Ландау уровни). Л. д. связан С тем, что при помещении заряж. частиц в магн. поле траектории свободного движения частиц искривляются и возникает добавочное магн, поле, противоположное внеш. полю, т. е. у системы заряж. частиц появляется добавочный диамагн. момент. Л. д. заметно проявляется при низких темп-рах (ниже темп-ры вырождения) и может наблюдаться в вы-рождепном газе свободных электронов и у электронов проводимости в металлах, полуметаллах и полупроводниках. В простейшей модели вырожденного газа электронов проводимости в твёрдом теле с квадратичным законом дисперсии (е, р и пг — энергия, [c.571]

Электронные свойства поверхности отличаются от объёмных, в частности наличием электронных поверхностных состояний. Соответствующие им волновые ф-ции электронов экспоненциально затухают при удалении от П, Изменение концентрации электронов у П. полупроводников (вследствие их перехода в поверхностные состояния или от одной контактирующей среды к другой) приводит к изгибу энергетич. зон, на чём основано выпрямление тока на контактах металл — полупроводник (см. Шоттки барьер) и р — п-переходах. Приповерхностный слой может иметь проводимость, значительно превышающую объёмную, а при достаточно сильном изгибе зон изменяется сам характер проводимости и возникает инверсионный слой. Вследствие малой толщины проводящего слоя электроны в нём образуют квазидвумерную систему. В таких слоях может достигаться высокая подвижность электронов [10 с.м /(В с)], и их использование в микроэлектронных приборах позволяет повысить быстродействие и уменьшить рассеиваемую мощность. [c.654]

Т. металлов очень мала, сравнительно больше Т, в полуметаллах и их сплавах, а также в нек-рых переходных металлах и их сплавах (напр., в сплавах Pd—Ag Т. достигает 86 мкВ/К). Т. в этих случаях велика из-за того, что ср. энергия электронов в потоке сильно отличается от энергии Ферми. Иногда быстрые электроны обладают меньшим коэф. диффузии, чем медленные, и Т. меняет знак. Величина и знак Т. зависят также от формы ферми-повчрх-ности, разл. участки к-рой могут давать в Т. вклады противоположного знака. Знак Т. металлов иногда меняется на противоположный при низких темп-рах. В полупроводниках -типа на холодном контакте скапливаются дырки, а на горячем остаётся нескомпенеир. отрицат. заряд (если аномальный механизм рассеяния носителей заряда или эффект увлечения не приводит к перемене знака Т.). В термоэлементе, состоящем из полупроводников р- и п-типов, Т. складываются. В полупроводнике со смешанной проводимостью к холодному контакту диффундируют и электроны и дырки и их заряды взаимно компенсируются. Если концентрации и подвижности электронов и дырок равны, то Т. равна нулю. [c.98]

В полупроводниках вследствие малой концентрации носителей заряда эффект увлечения уменьшается, но сечение рассеяния электронов и дырок на ионах значительно больше, чем в металлах. Значения Z ,, сравнимые с Zo, реализуются в полупроводниках с большой подвижностью носителей заряда, малой диэлектрической проницаемостью и небольшой шириной запрещённой зоны (напр., InSb, In As). [c.573]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...