Изучение зависимости сопротивления проводников, страница 5

            Элементы зонной теории тел. Изолированный атом является потенциальной ямой, в которой электрон может занимать одно из дискретных энергетических состояний. При образовании кристалла изолированные атомы сближаются до межатомных расстояний кристаллической решётки. Взаимодействие атомов в кристалле приводит к тому, что энергетические уровни атомов смещаются, расщепляются и размеряются в энергетические зоны.

Энергетическая зона не является рядом значений электрона, а представляет собой систему дискретных энергетических уровней. Можно оценить расстоянии между ними. Зоны дозволенных энергий  разделены промежутками, в которых разрешённых значений энергий нет. Многие процессы в кристалле (электрические, магнитные, оптические) объясняются заполнением всех разрешённых оптических зон: валентной зоны, соответствующей начальному состоянию валентных электронов, зоны проводимости, располагаются энергетические уровни электронов, которые утратили связь со своим ядром.

Для внутризонных переходов электронам необходима малая энергетическая «добавка» (например, за счёт теплового движения или электрического поля). Для перевода электрона из одной зоны в другую этой энергии недостаточно.

Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории. Зонная теория твёрдых тел объяснят различие в их электропроводности неодинаковым заполнением электронами разрешённых зон и шириной запрещённых зон. Если самая верхняя зона лишь частично заполнена электронами, то данное твёрдое тело является проводником, т. к. получив энергетическую «добавку» за счёт теплового движения, электрон может перейти на более высокий энергетический уровень текущей зоны и участвовать в проводимости (рис. 2,а).

Твёрдое тело является проводником электрического тока в том случае, если валентная зона перекрывается со свободной зоной, образуя гибридную зону б). В случаях в) и г) уровни валентной зоны полностью заняты электронами. Зона проводимости свободна. Для того чтобы электрон перевести в зону проводимости, надо сообщить ему энергию, не меньше, чем ширина запрещённой зоны. При таких условиях электрические свойства кристалла определяются шириной запрещённой зоны Е. Если Е ≥ 3 эВ, то твёрдое тело относится к диэлектрикам, если Е < 3 эВ, то твёрдое тело является полупроводником.