Физика \ Спектроскопия

Твердое тело. Зонная теория. Схема туннелирования электронов и формирования кристаллической энергетической зоны, страница 4

Полупроводники. К ним относятся вещества второго типа (диэлектрики), но с шириной запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости 0 < E_g < 3-3,5 эВ. Естественно, при низкой температуре эти вещества являются диэлектриками. Но при повышении температуры часть электронов из полностью заполненной валентной зоны могут перейти в зону проводимости. При этом вещество становится способным проводить электрический ток. В них, в отличие от металлов, электропроводность не уменьшается, а увеличивается с ростом температуры.

Несмотря на то, что границы энергетических зон в кристалле зависят от волнового вектора (рис. 3), т.е. от пространственной координаты, наиболее вероятными оптическими переходами между зонами являются переходы в той области волновых векторов, в которой имеется минимум ширины запрещенной зоны. Значения энергии границ зон в этой области (точке) k-пространства определяет оптические свойства кристаллов: поглощение, испускание и отражение света. Поэтому для описания оптических свойств кристаллов часто энергетические зоны представляют и изображают в виде полос, ограниченных отрезками прямых линий в шкале энергий (рис. 4), подобно диаграммам Гротриана, широко используемых для наглядного представления энергетической структуры атомов и ионов. За величину энергии границ зон принимается, как правило, минимальное и максимальное значения границ в k-пространстве. При этом ширина запрещенной зоны оказывается равной энергетической щели E_g – минимальной ширине запрещенной зоны в k-пространстве. Верхняя граница валентной зоны E_v называется потолком валентной зоны, а нижняя граница зоны проводимости E_c – дном зоны проводимости. В идеальных, т.е. бездефектных кристаллах запрещенная зона совершенно пустая. Однако все реальные кристаллы содержат собственные и примесные дефекты, локально нарушающие кристаллическую структуру. К собственным дефектам относятся дефекты, образованные собственными атомами: вакансии, межузельные атомы, молекулы, дислокации и т.п. Примесные дефекты образуются примесными атомами, которые могут замещать основные атомы кристалла. Волновые функции электронов, принадлежащих всем дефектам, имеют отличные от нуля значения только вблизи самих дефектов и не распространяются на весь кристалл. В результате возле дефектов образуется система локальных уровней энергии электронов, обычно в запрещенной зоне кристалла. На рис. 4 в качестве примера приведены донорные и акцепторные уровни примесных дефектов.