ЗОННАЯ ТЕОРИЯ

ЗОННАЯ ТЕОРИЯ

один из осн. разделов квантовой теории твёрдых тел, представляющий собой приближённую теорию движения электронов в периодич. поле кристаллической решётки. Согласно 3. т. из-за сближения атомов в кристалле на расстояния порядка размеров самих атомов их электроны рассматриваются как принадлежащие кристаллу в целом, а не к.-л. атому. В связи с этим дискретные уровни энергии атомов расширяются в полосы (энергетические зоны), состоящие из большого, но конечного числа N очень близко располож. подуровней, где N - число атомов в кристалле. В соответствии с Паули, принципом в каждой энергетич. зоне может поместиться не более 2N электронов. Зоны разреш. энергий могут быть отделены зонами запрещенных, но могут и перекрываться. При Т -> О К все электроны занимают наиболее низкие зоны. верх. полностью заполненная зона наз. валентной зоной, располож. над ней пустая или заполненная частично - зоной проводимости. Интервалы запрещ. значений энергии между зонами (запрещённые зон ы) зависят от природы кристалла и лежат в пределах от десятых долей эВ до неск. эВ. Реальные напряжённости внеш. электрич. поля, прикладываемого к кристаллам, таковы, что электроны под действием поля не могут приобрести энергию, достаточную для перехода из одной зоны в другую. Электроны, полностью заполняющие все энергетич. состояния в зоне, не могут под влиянием электрич. поля изменять свою энергию и приобретать упорядоч. движение, т. е. не могут участвовать в проводимости кристалла. Наоборот, в частично заполненной зоне электроны ускоряются электрич. полем (переводятся на соседние вакантные уровни в зоне) и приходят в упорядоч. движение, образуя электрич. ток. Электрич. свойства кристаллов определяются заполнением зоны проводимости электронами; если она пустая, то кристалл - диэлектрик или ПП, если же она частично заполнена, твёрдое тело является металлом (рис. 1).

Различие между диэлектриками и ПП условно и связано с шириной Дельта W0 запрещ. зоны (энергетич. "щели") между "потолком" валентной зоны и "дном" зоны проводимости. Величину Дельта W0 наз. энергией активации собственной проводимости, т. к. для появления проводимости у такого кристалла необходимо, чтобы часть электронов была переведена из валентной зоны в зону проводимости, например за счёт теплового возбуждения или фотоэффекта (см. Фотоэффект внутренний). Условно считают, что при Дельта W0 > 3 эВ кристалл является диэлектриком, а при Дельта W0 < 3 эВ - ПП. По мере увеличения температуры ПП концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне быстро возрастает, и соответственно быстро возрастает проводимость ПП [пропорционально ехр( - Дельта W0 /2kT, где k - Болъцмана постоянная, Т - термодинамическая температура]. Т. о., собств. проводимость ПП осуществляется как электронами в зоне проводимости, так и дырками в валентной зоне.

Дефекты в кристаллах, особенно примесные атомы, вызывают появление локальных дополнит. уровней, к-рые могут располагаться в запрещ. зоне энергий между зоной проводимости и валентной зоной (рис. 2) и сильно влиять на проводимость ПП кристаллов (см. Акцепторы, Доноры). В случае донорных примесей на локальных уровнях в ПП находятся электроны, для перевода к-рых в зону проводимости и осуществления примесной электронной проводимости ПП необходимо преодолеть сравнительно небольшую энергетич. "щель" Дельта WЭ << Дельта W0 . В случае акцепторных примесей локальные уровни вакантны, и на них сравнительно легко ( Дельта WД << Дельта W0 ) могут переходить электроны из валентной зоны с образованием в последней дырок, обусловливающих примесную дырочную проводимость ПП.

Рис, 1 К ст. Зонная теория. Заполнение электронами энергетических уровней в кристаллах: а - металлов; б - диэлектриков и полупроводников (области значений энергии, соответствующих уровням, заполненным валентными электронами, заштрихованы)

Рис, 1 К ст. Зонная теория. Заполнение электронами энергетических уровней в кристаллах: а - металлов; б - диэлектриков и полупроводников (области значений энергии, соответствующих уровням, заполненным валентными электронами, заштрихованы)

Рис. 2 К ст. Зонная теория. Донорные (а) и акцепторные (б) локальные уровни в полупроводниках;

Рис. 2 К ст. Зонная теория. Донорные (а) и акцепторные (б) локальные уровни в полупроводниках; Дельта WЭ и Дельта WД - энергии активации электронной и дырочной проводимостей


Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

Игры ⚽ Нужно сделать НИР?

Полезное


Смотреть что такое "ЗОННАЯ ТЕОРИЯ" в других словарях:

  • ЗОННАЯ ТЕОРИЯ — твёрдых тел, квантовая теория энергетич. спектра эл нов в кристалле, согласно к рой этот спектр состоит из чередующихся зон (полос) разрешённых и запрещённых энергий. З. т. объясняет ряд св в и явлений в кристалле, в частности разл. хар р… …   Физическая энциклопедия

  • Зонная теория — твёрдого тела  квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле. В соответствии с квантовой механикой свободные электроны могут иметь любую энергию  их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие… …   Википедия

  • ЗОННАЯ ТЕОРИЯ — ЗОННАЯ ТЕОРИЯ, квантовая теория, объясняющая свойства твердых тел, обусловленные электронами (электропроводность, теплопроводность металлов, оптические свойства и другие). Электроны твердого тела не могут иметь любую энергию. Значения энергии… …   Современная энциклопедия

  • ЗОННАЯ ТЕОРИЯ — квантовая теория, объясняющая поведение электронов в твердых телах. Основной результат зонной теории: разрешенные значения энергии электронов в твердом теле образуют определенные интервалы разрешенные зоны, которые могут быть отделены друг от… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Зонная теория — ЗОННАЯ ТЕОРИЯ, квантовая теория, объясняющая свойства твердых тел, обусловленные электронами (электропроводность, теплопроводность металлов, оптические свойства и другие). Электроны твердого тела не могут иметь любую энергию. Значения энергии… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • зонная теория — квантовая теория, объясняющая поведение электронов в твердых телах. Основной результат зонной теории: разрешённые значения энергии электронов в твердом теле образуют определенные интервалы  разрешённые зоны, которые могут быть отделены друг от… …   Энциклопедический словарь

  • зонная теория — juostinė teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. band theory vok. Bandtheorie, f; Bändertheorie, f rus. зонная теория, f pranc. théorie des bandes, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Зонная теория Адамса — Зонная система, зонная теория Адамса  метод определения оптимальной экспозиции фотоплёнки и параметров проявления полученного снимка, сформулированный Анселом Адамсом и Фредом Арчером в 1939 1940 годах. Зонная система позволяет фотографам… …   Википедия

  • зонная теория твёрдого тела — juostinė kietojo kūno teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. band theory of solids vok. Festkörper Zonentheorie, f rus. зонная теория твёрдого тела, f pranc. théorie des bandes du corps solide, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Зонная теория —         твёрдого тела, раздел квантовой механики (См. Квантовая механика), рассматривающий движение электронов в твёрдом теле. Свободные электроны могут иметь любую энергию их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие… …   Большая советская энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»