- •Лекция №1
- •Введение
- •Закон сохранения электрического заряда
- •Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона
- •Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
- •Напряженность поля точечного заряда
- •Линии напряженности.
- •Потенциальная энергия пробного заряда в поле точечного заряда (потенциальная энергия системы двух точечных зарядов). Потенциал электрического поля.
- •Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Условие потенциальности электрического поля.
- •Эквипотенциальные поверхности.
- •Вектор градиента потенциала электрического поля. Связь напряженности и градиента потенциала.
- •Графическое изображение электрических полей.
- •Поток вектора напряженности электрического поля.
- •Теорема Гаусса
- •Дивергенция векторного поля
- •Теорема Гаусса в дифференциальном виде
- •Применение теоремы Гаусса для расчёта электрических полей
- •Поле бесконечной, равномерно заряженной плоскости
- •Две бесконечные плоскопараллельные разноименно заряженные плоскости
- •Бесконечный равномерно заряженный цилиндр (нить)
- •Два коаксиальных бесконечных равномерно заряженных цилиндра
- •Заряженная сфера
- •Концентрические равномерно заряженные сферы
- •Поле равномерно заряженного шара Принцип суперпозиции полей
- •Электрический диполь. Электрический (дипольный) момент
- •Поле точечного диполя
- •Энергия диполя в поле
- •Момент сил, действующих на диполь. Сила, действующая на диполь в неоднородном поле.
- •Электрическое поле в диэлектриках
- •Механизмы поляризации
- •Поверхностные и объёмные связанные заряды
- •Электростатическое поле в диэлектрике
- •А следовательно, . Таким образом, физической причиной ослабления поля в диэлектрике является поляризация его и появление собственного поля поляризационных связанных зарядов.
- •Вектор электрической индукции (электрического смещения)
- •Связь между векторами и .
- •Поведение векторов и на границе двух сред
- •Сегнетоэлектрики
- •В зависимости от сегнетоэлектрика петля может быть широкой или узкой.
- •Пьезоэлектрики
- •Проводники в электрическом поле
- •Поле заряженного проводника
- •Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость проводящего шара
- •Конденсаторы. Емкость конденсаторов
- •Емкость плоского конденсатора
- •Емкость сферического конденсатора
- •Емкость цилиндрического конденсатора
- •Соединение конденсаторов
- •Энергия системы точечных зарядов
- •Энергия заряженного проводника
- •Энергия конденсатора
- •Энергия электрического поля
- •Законы постоянного тока Электрический ток
- •Плотность тока
- •Сторонние силы. Эдс сторонних сил. Напряжение.
- •Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводника.
- •Закон Ома в дифференциальной форме
- •Закон Джоуля — Ленца
- •Закон Ома для замкнутой цепи. Закон Ома для неоднородного участка цепи
- •Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа
- •Работа и мощность тока
- •Электронная теория проводимости металлов (классическая теория Друде — Лоренца)
- •Закон Ома в электронной теории
- •Закон Джоуля — Ленца в электронной теории
- •Закон Видемана — Франца в электронной теории
- •Затруднения классической электронной теории металлов
- •Сверхпроводимость
- •Работа выхода электрона из металла Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из твердого тела в вакуум, называется работой выхода.
- •Контактная разность потенциалов
- •Термоэлектрические явления и их применение
- •Явление Зеебека.
- •Явление Пельтье.
- •3.Явление Томсона
- •Термоэлектронная эмиссия
- •Квантовая теория. Энергетические состояния электронов в твердых телах. Энергия Ферми
- •Классификация твердых тел по зонной теории
- •Объяснение затруднений классической теории металлов. Как справилась с затруднениями квантовая теория?
- •Полупроводники Собственная проводимость полупроводника
- •Примесная проводимость полупроводников
- •Полупроводник типа n
- •Полупроводник типа p
- •Объяснение p-n перехода с квантовой точки зрения
Полупроводники Собственная проводимость полупроводника
Полупроводники обязаны своим названием тому обстоятельству, что по величине электропроводности они занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами. Их проводимость растёт с повышением температуры (у металлов она уменьшается).
При достаточно высокой температуре тепловое движение может разорвать отдельные пары, освободив один электрон. В покинутом электроном месте (в его окрестности) возникает избыточный положительный заряд +e — называемый дыркой. На это место может перескочить электрон из соседних пар, и дырка образуется в соседней паре. В отсутствии внешнего электрического поля электроны проводимости и дырки движутся хаотически. При включении поля на хаотическое движение накладывается упорядочное движение: электронов — против поля, и дырок — в направлении поля. Возникает электрический ток.
С квантовой точки зрения полупроводниками являются вещества, у которых валентная зона полностью заполнена электронами (при Т=0К). Пустая, не занятая электронами зона называется зоной проводимости. Между валентной зоной и зоной проводимости находится запрещенная зона, ширина которой невелика около 1 эВ. Уровень Ферми проходит посредине запрещенной зоны. При Т>0 электроны, преодолевая потенциальный барьер запрещенной зоны, могут переходить из валентной зоны в зону проводимости. При этом в валентной зоне освобождается некоторые уровни, и возникают дырки (дырка — не занятое электроном энергетическое состояние в валентной зоне). При приложении внешнего поля к полупроводнику электроны в зоне проводимости могут получать дополнительную энергию (перемещаясь по энергетическим уровням кверху) и участвовать в создании электрического тока. Дырки также могут получать дополнительную энергию (перемещаясь по уровням вниз) и тоже участвуют в создании электрического тока. С повышением температуры, число электронов, способных перейти в зону проводимости и число дырок в валентной зоне увеличивается. Приближенно можно считать, что зависимость концентрации электронов и дырок от энергии подчиняется распределению Больцмана: , где W — ширина запрещенной зоны, n0 — концентрация электронов в валентной зоне при Т=0 К. С ростом Т концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне увеличивается, что приводит к росту проводимости полупроводника.
Примесная проводимость полупроводников
Этот вид проводимости возникает, если некоторые атомы данного полупроводника заменить атомами примеси, валентность которых отличается на единицу от валентности основных атомов. Если примесь приводит к преобладанию электронной проводимости, то она называется донорной, а полупроводник n — типа. Примесь, приводящая к преобладанию дырочной проводимости, называется акцепторной, а полупроводник p — типа.