Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников

Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников.

В зависимости от степени заполнения зон электронами возможны четыре случая:

а) Самая верхняя часть валентной зоны, содержащая электроны заполнена лишь частично, то есть в ней имеются вакантные уровни. Здесь электрон, получив сколь угодно малую энергетическую добавку (за счет теплового движения от электрического поля), сможет перейти на более высокий уровень той же зоны, то есть стать свободным и участвовать в проводимости. Внутризонный переход вполне возможен, так как, например, при  kT , то есть гораздо больше, чем разность энергий между уровнями (соседними) зоны (). Таким образом, если в твердом теле имеется зона, лишь частично заполненная электронами, то это тело всегда будет проводником электрического тока, что свойственно металлам.

б) Твердое тело является проводником тока и в том случае, когда валентная зона перекрывается свободной зоной, что, в конечном счете, приводит к не полностью заполненной зоне. Это имеет место для щелочноземельных металлов II группы таблицы Д.И.Менделеева (Be, Mg, Ca, Zn…). Здесь металлические свойства обусловлены перекрытием валентной и свободной зон.

в) Если ширина запрещенной зоны кристалла порядка нескольких эВ, то тепловое движение не может перебросить электроны из валентной зоны в зону проводимости и кристалл является диэлектриком, оставаясь им при всех температурах.

г) Если  запрещенная зона узка (<1 эВ), то переброс электронов из валентной зоны в зону проводимости может быть осуществлен сравнительно легко, либо за счет теплового возбуждения, либо за счет внешнего источника, способного превысить , и кристалл является полупроводником.

Физические основы электроники.

Лекция 1

Стр.1-2 тетради по ЭТПМ.

Добавление.

При изучении физических основ электроники теоретический материал обычно разбивается на следующие разделы:

1. Электроника высокого вакуума. Здесь изучается прохождение электрического тока через высокий вакуум; пространственные заряды в газообразных, жидких и твердых средах.
2. Электроника полупроводников. Изучаются энергетические уровни электронов в кристаллических телах. Типы полупроводников. Закон распределения электронов по энергетическим уровням. Электрохимический потенциал полупроводника. Электропроводность полупроводника. Фотопроводимость кристаллов. Электронные явления на границе металл – п/п  и  п/п – п/п. Запирающий слой. Электронно-дырочные переходы (р-n переходы) и их свойства.
3. Катодная электроника. Изучает законы термоэлектронной эмиссии. Работу выхода электрона. Виды электронной эмиссии. Распределение термоэлектронов по энергиям. Различные типы термокатодов, холодные катоды. Внешний фотоэффект. Фотоэлектронные умножители. Дробовой эффект. Фликкер-эффект.
4. Электроника СВЧ. Изучается система дифференциальных уравнений электродинамики и электроники СВЧ. Возбуждение объемного резонатора электронным потоком. Волны объемного заряда. Основные СВЧ приборы: пролетный клистрон; отражательный клистрон; лампа бегущей волны (ЛБВ); лампа обратной волны (ЛОВ); магнетрон.
5. Электроника газового разряда и плазмы. Изучается лавинная теория разряда; теория пробоя газа; пробой высокого вакуума; приборы, основанные на газовом разряде. Плазма газового разряда. Колебания плазмы.