Pasmowa teoria przewodnictwa.

Pasmowa teoria przewodnictwa.
Dwa ciała naelektryzowane przyciągają
się wzajemnie. Energia takiego układu
zależy od wartości ich ładunków i
wzajemnej odległości.
Elektrony o najwyższej energii, ale związane z atomami,
znajdują się w paśmie walencyjnym. Powyżej pasma
walencyjnego znajduje się pasmo przewodnictwa. Elektrony
Energia elektronu w
atomie jest skwantowana będące w tym stanie energetycznym, to elektrony swobodne.
Pomiędzy tymi dwoma pasmami znajduje się pasmo
– elektron może
zabronione.
znajdować się na
orbitach o określonym
poziomie energii.
Oderwanie elektronu od
atomu wymaga
dostarczenia energii.
Ze względu na układ i sposób zapełnienia pasm energetycznych
substancje można podzielić na przewodniki, półprzewodniki i
izolatory.
W przewodnikach nie
występuje pasmo zabronione.
Pasmo walencyjne i
przewodnictwa zachodzą na
siebie dzięki czemu
dostarczenie dowolnie niskiej
energii pozwala na przejście
elektronu do pasma
Przejściu np. metalu z fazy ciekłej do stałej towarzyszy (na ogł)
przewodnictwa.
zbliżanie się atomów i tworzenie struktury krystalicznej.
Powoduje to nakładanie się dozwolonych poziomów
energetycznych. Jednocześnie poziomy te ulegają
W izolatorach pasmo
nieznacznemu rozsunięciu.
zabronione jest bardzo szerokie
co powoduje, że przejście
elektronu do pasma
przewodnictwa wymaga
dostarczenia dużej energii
skutkiem czego pasmo
przewodnictwa jest w
izolatorach niemal puste.
Podniesienie temperatury
izolatora powoduje dostarczenie elektronom energii i
umożliwia przejście do pasma przewodnictwa – opór
elektryczny izolatora maleje.
W półprzewodnikach pasmo
zabronione jest stosunkowo
wąskie w wyniku czego
W strukturze krystalicznej atomy są na tyle blisko siebie, że
dostarczenie stosunkowo
powstają wspólne grupy poziomów energetycznych nazywane
niewielkiej energii (np.
pasmami.
ogrzanie półprzewodnika)
powoduje przejście elektronów
do pasma przewodnictwa i
spadek oporu elektrycznego
półprzewodnika. Opór
elektryczny półprzewodników jest znacznie mniejszy niż
izolatorów.
Pasmowa teoria przewodnictwa.
Wśród półprzewodników
„Brakujący” elektron
najszersze zastosowanie
powoduje, że jedno z wiązań
techniczne znalazł krzem
kowalencyjnych jest niepełne,
(m.in. ze względu na jego
w miejscu elektronu pojawia
powszechność w przyrodzie).
się jego brak – tzw. dziura,
Krzem tworzy strukturę
która zachowuje się jak nośnik
krystaliczną, której komórka
ładunku dodatniego. Jest
elementarna (najmniejszy
zapełniana przez elektron
powtarzalny fragment struktury
walencyjny z sąsiedniego
kryształu) ma kształt
wiązania. W miejscu tego
czworościanu foremnego, w
elektronu pojawia się ponownie dziura itd.
którym każdy z atomów
tworzy wiązanie kowalencyjne
z czterema innymi atomami.
(dolna cześć rysunku przedstawia
rzut tej struktury na płaszczyznę)
Czysty krzem o idealnej strukturze
zachowuje się jak izolator. Przejście
elektronów do pasma przewodnictwa
wymaga dostarczenia energii (np. w sposób
cieplny). Takie półprzewodniki nazywane
są półprzewodnikami samoistnymi.
W praktyce w strukturze krzemu występują
defekty w postaci atomów
międzywęzłowych, luk czy domieszek
innych pierwiastków. Powoduje to zmiany
we własnościach elektrycznych krzemu.
Jeśli niedoskonałości są przypadkowe, to
nazywane są zanieczyszczeniami, jeśli
wprowadzone są w procesie technologicznym – domieszkami.
Półprzewodniki takie nazywane są domieszkowanymi
(niesamoistnymi).
Domieszkowanie może odbywać się
poprzez wprowadzenie atomów z pięcioma
elektronami walencyjnymi (np. arsen).
Atom taki nazywany jest donorem.
Półprzewodniki typu n.
„Nadmiarowy” elektron, nie
tworzący wiązania
kowalencyjnego, znajduje się
w stanie tuż poniżej pasma
przewodnictwa i łatwo może
zostać do niego przeniesiony
stając się elektronem
swobodnym.
Domieszkowanie może również odbywać
się poprzez wprowadzenie atomów z trzema
elektronami walencyjnymi (np. ind). Atom
taki nazywany jest akceptorem.
Półprzewodniki typu p.