Все твердые тела подразделяются на две группы в зависимости от вида электронного энергетического спектра: металлы и неметаллы. Металлы являются хорошими проводниками и характеризуются малой величиной удельного электрического сопротивления, при этом электропроводность металлов падает с повышением температуры.
У неметаллов валентная зона заполнена, а зона проводимости полностью свободна. Поэтому при низких температурах вещество ведет себя как изолятор, а с повышением температуры происходит термическое возбуждение, при этом часть валентных электронов переходит в зону проводимости и появляется электронная проводимость. В этом случае электропроводность очень быстро растет с повышением температуры по экспоненциальному закону, и вещество становится полупроводником. Электропроводность полупроводника, обусловленная температурой, называется собственной электропроводностью.
Электропроводность неметалла также чрезвычайно чувствительна к примесям. При отсутствии примесей, если ширина запретной зоны достаточно велика по сравнению с больцмановским произведением (кТ), то вещество ведет себя как изолятор. Введением специальных примесей или созданием нарушений атомной структуры можно образовать локальные энергетические уровни, частично заполняющие запретную зону. Расположение и число уровней определяется характером нарушений, природой примесей и их концентрацией. В примесных полупроводниках могут иметь место следующие процессы, приводящие к появлению электронной проводимости:
а) захват части валентных электронов на примесные уровни;
б) переход электронов с этих уровней в зону проводимости;
в) оба процесса одновременно.
Если преобладает первый процесс, то механизм проводимости называют дырочным (p-тип), а если второй - электронным (n-тип).
Помимо электронной проводимости, в неметаллах возможна ионная проводимость. Ионная проводимость имеет место в гетерополярных веществах при высоких температурах, когда достаточно велика скорость диффузии. Электропроводность в этом случае, так же как у полупроводников, экспоненциально возрастает с температурой. Ионная проводимость твердых электролитов, как и растворов, сопровождается электролизом. Электронные и ионные проводники называют собственно проводниками I и II рода.
Неметаллы при достаточно низких температурах и в
относительно слабых электрических полях ведут себя как изоляторы (диэлектрики).
При помещении их в электрическое поле они не проводят ток, но их
атомно-электронная структура и электрическое состояние
претерпевает
существенные изменения, объединенные общим понятием поляризацией. Поляризация
атомов и ионов заключается в следующем.
В свободном атоме или ионе центр тяжести электронного облака, усредненного во времени, совпадает с ядром, поэтому электрический момент равен нулю. Внешнее электрическое поле напряженностью Е вызывает смещение электронного облака относительно ядра и индуцирует в атоме электрический момент pi. Величина момента зависит от напряженности поля и деформируемости электронной оболочки, определяемой соотношением напряженностей внешнего поля и внутреннего атомарного поля. Напряженность внутреннего поля значительно превосходит напряженность практически достижимых искусственных внешних полей, которые можно считать слабыми по сравнению с атомарными полями. Электрический момент атома во внешнем электрическом поле пропорционален напряженности и описывается линейной зависимостью
(4.30)
где pi – элементарный электрический момент частиц вещества; α - коэффициент поляризуемости; Е – напряженность поля.
Вклад в поляризуемость атома, вносимым q-м электроном равна
(4.31)
где ωq – круговая частота q-го электрона.
Поляризуемость атома равна сумме поляризуемости всех его электронов
однако в этой сумме основную роль играют валентные электроны, принадлежащие к наиболее легко деформируемой части электронной оболочки
Поляризация измеряется суммарным моментом единицы объема тела
(4.30)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.