ДЕЛЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ НА МЕТАЛЛЫ, ДИЭЛЕКТРИКИ И ПОЛУПРОВОДНИКИ

Зонная теория твердого тела позволяет с единых позиций объяснить существование металлов, полупроводников и диэлектриков. В зависимости от степени заполнения валентной зоны электронами и ширины запрещенной зоны. Возможны три случая, представленные на рис. 5.8, а,б,в.

На рис. 5.8, в представленная зонная диаграмма на которой все уровни валентной зоны при абсолютном нуле температуры заняты электронами. Для увеличения энергии электрона, ему необходимо сообщить энергию не меньше чем ширина запрещенной зоны , которая составляет единицы ЭВ. Электрическое поле не очень большой напряженности на расстоянии порядка межатомного, такую энергию сообщить не в состоянии. В таком случае при Т= ОК кристалл не проводит электрический ток и, следовательно, является диэлектриком или полупроводником.

Условно считают, что если эВ, то кристалл является полупроводником. Для диэлектриков эВ. При комнатных температурах средняя энергия теплового движения электрона имеет порядок КТ и значительно меньше, чем ∆Е₃ в беспримесных (собственных) полупроводниках. Однако, у части электронов энергия может быть больше ∆Е₃ и они способны ”перейти” из валентной зоны в зону проводимости. Такой процесс называется тепловой генерацией (рис. 5.8, в). В зоне проводимости электроны способны участвовать в создании тока.

В каждом акте тепловой генерации возникает свободный электрон в зоне проводимости и свободное место (“дырка”) в валентной зоне. Наряду с процессом тепловой генерации существует и обратный процесс – рекомбинация (рис. 5.8, в), при котором электрон из зоны проводимости переходит в валентную зону. В условиях постоянства температуры за счет динамического равновесия между процессами генерации и рекомбинации устанавливаются равновесные концентрации электронов и дырок.

В диэлектриках из-за больших значений ∆Е₃ концентрация электронов в зоне проводимости пренебрежимо мала, поэтому диэлектрики являются изоляторами.