ЭП.
Строение атома.
В
соответствии с электронной теорией все
вещества состоят из мельчайших
частиц-атомов, которые состоят из ещё
более мелких частиц – протонов,
электронов, нейтронов. Протоны имеют
положительный заряд, электроны –
отрицательный, нейтроны практически
нейтральны. Ядро атомов состоит из
протонов и нейтронов, оно положительно.
В нормальном состоянии ядро атома
электрически нейтрально. Количество
электронов, протонов, нейтронов
соответствует порядковому номеру
химического элемента. Электроны вращаются
вокруг ядра на энергетических орбитах.
Электроны вращаются на внешних
энергетических орбитах обладают большей
энергией, чем электроны вращающиеся
на внутренних орбитах. При сообщении
дополнительной энергии электроны,
находящиеся на внешних орбитах (так как
они слабее связаны с ядром) отрываются
и уходят ещё на более высокие уровни,
при этом электрическая нейтральность
атома нарушается. Валентными электронами
называются электроны, находящиеся на
валентных уровнях. Электроны ушедшие
в зону проводимости называются свободными
электронами. Свободные электроны внутри
вещества движутся хаотично (с разной
скоростью, по разным направлениям). При
наличии контактной разности потенциалов
движение электронов будет упорядоченным,
т.е. потечёт электрический ток. На каждой
орбите может находиться строго
определённое число электронов. На
первой-2, на второй и третьей до 8, и т.д.
При уходе валентных электронов
нейтральность атома нарушается и
образуется положительный ион.
К
аждой
орбите, т.е. каждому энергетическому
уровню соответствуют разрешённые
энергетические уровни. Энергетическими
уровни, энергиями которых не могут
обладать электроны называются
запрещёнными. Запрещённые и разрешённые
энергетические уровни образуют зоны.
Условно эти зоны изображаются следующим
образом:
W
-Энергия
в Электрон – Вольтах. С точки зрения
зонной теории, все вещества делятся на
металлы, полупроводники и диэлектрики.
Металлы – это вещества, у которых ширина
запрещённой зоны до 0,5 ЭВ.
У
металлов ширина запрещённой зоны очень
маленькая, а у некоторых она отсутствует
и валентные уровни, и уровни зоны
проводимости могут накладываться друг
на друга. Этим и объясняется высокая
проводимость металлов. Полупроводники
– это вещества, у которых ширина
запрещённой зоны от 0,5 до 3 ЭВ.
Например, у Германия при нормальных условиях (18◦-20◦C и т. д) ширина запрещённой зоны 0,72 ЭВ, а у Кремния при нормальных условиях 1,12 ЭВ. Диэлектрики - это вещества, у которых ширина запрещённой зоны свыше 3 ЭВ.
В
особых условиях металлы и полупроводники
могут не проводить
электрический
ток (область низких температур), а
диэлектрики могут проводить электрический
ток (область высоких температур).
Собственный полупроводник.
Э
то
полупроводник, который обладает идеальной
кристаллической структурой. Условно
кристаллическая структура полупроводника
изображается в виде плоской сетки. При
сообщении дополнительной энергии
электрон с какой-то связи оторвётся и
уйдёт из валентной зоны в зону проводимости.
На том месте, откуда ушёл электрон
образуется положительный заряд, равный
по абсолютной величине заряду электрона.
Этот заряд называется дыркой. Движение
электронов и дырок в полупроводниках
противоположено друг – другу. В результате
образуется пара электрон – дырка.
Процесс образования пары электрон –
дырка происходящий при сообщении
дополнительной энергии называется
генерацией. Но в природе всё стремиться
к равновесию и электрон может вернуться
на своё место и пара электрон – дырка
исчезнет. Процесс исчезновения пары
электрон – дырка сопровождающийся
выделением энергии в виде тепла или
света называется рекомбинацией (в связи
с законом сохранения энергии (энергия
не исчезает бесследно, она просто
переходит из одного вида в другой.)).
Уровень Ферми – это энергетический
уровень, вероятность которого заполнения
электронами равна 50%. В собственных
полупроводниках уровень Ферми находится
в середине запрещённой зоны.