Презентация на тему: Зонная теория твердого тела

ВОПРОСЫ: 1.Общая постановка задачи и пути ее решения. 2.Метод слабой связи. 3.Метод сильной связи. 4.Зонная картина твердого тела. 5.Диэлектрики, проводники, полупроводники

Модель строения твердых тел 1.Ионные кристаллы Простые кристаллические решетки: 1 простая кубическая решетка; 2 – гранецентрированная кубическая решетка; 3 – объемноцентрированная кубическая решетка; 4 – гексагональная решетка. 1.Ионные кристаллы 2. Атомные кристаллы-ковалентная связь: алмаз, графит, германий, кремний 3. Молекулярные кристаллы- нафталин, парафин, сухой лед СО 2, лед Н 2 О. 4. Металлические кристаллы

МЕТОД СЛАБОЙ СВЯЗИ Рассматривается движение электронов в линейной цепочке прямоугольных потенциальных ям.

Зависимость энергии электрона от его волнового вектора в модели свободных электронов и в модели почти свободных электронов. Образование энергетических зон.

. Образование энергетических зон: а  в металлическом натрии; б  в элементах IV группы элементов: алмаз, кремний и германий [89]

( метод сильной связи)

С позиций зонной теории различие в электрических свойствах твердых тел объясняется: а) шириной запрещенных зон; б) различным заполнением электронов разрешенных энергетических зон, а именно валентной зоны. Необходимое условие проводимости ─ наличие свободных электронов в валентной зоне. В зависимости от степени заполнения валентной зоны электронами и ширины запрещенной зоны кристаллы подразделяются на металлы, полупроводники и диэлектрики.

Зонная схема металлов, полупроводников и диэлектриков

Согласно квантовой теории проводимость металлов время релаксации. В проводимости участвуют не все электроны, а только те из них, которые имеют энергию вблизи уровня Ферми. Это – малая часть всех свободных электронов Физическая причина электрического сопротивления – рассеяние электронных волн на примесях и дефектах решетки, а также на ее тепловых колебаниях.

У полупроводников и диэлектриков валентная зона полностью заполнена электронами. При T =0 K они могут принять участие в проводимости, если им сообщить энергию, превышающую энергию запрещенной зоны и они перейдут в свободную зону. Свободная зона станет для них зоной проводимости. Уровень Ферми, как показывает расчет, расположен в собственных полупроводниках и диэлектриках посередине запрещенной зоны и не связан с реальным электроном. Собственная проводимость полупроводников зависит от температуры по закону Наиболее важными собственными полупроводниками являются кремний ( Si Z =14) и германий ( Ge Z =32).

Элементарные полупроводники: Ge, Si, углерод ( алмаз и графит ), В, α-Sn ( серое олово ), Те, Se. Важнейшие представители группы — Ge и Si имеют кристаллическую решётку типа алмаза ( алмазоподобны ).

Примесный полупроводник n - типа. Атом 5-ти валентного фосфора в 4-х валентный кремний

Примесный полупроводник p - типа. Атом 3 - х валентного алюминия в 4-х валентный кремний