Реферат: Модель Кронинга-Пенни. Структура энергетических зон

Диэлектрики. Благодаря более устойчивой и прочной связи электронов в диэлектриках с атомам зона про­водимости отделена от валентной зоны (заполненной в нормальном состоянии электронами) широкой запрещенной зоной. Ширина Δ E этой зоны (у диэлектриков: Δ E > 2 эв , например, у алмаза при комнатной температу­ре Δ E = 7 эв ) определяет наименьшую энергию, необходимую для ионизации атома диэлектрика. В нормальном состоянии зона проводимости не занята (т. е. существует только потенциально). Тем не менее переход электронов из валентной зоны в зону проводимости при комнатной температуре не может быть вызван тепловой ионизацией. Переход в зону проводимости возможен лишь в резуль­тате соударения частиц, если энергия ударяющей частицы достаточно велика.

При таком виде ионизации, имеющем, например, место при облучении диэлектрика светом или при бом­бардировке его электронами, диэлектрик становится временно проводящим; при этом может произойти умень­шение сопротивления от 10 до 10⁶ раз.

Собственные полупроводники. Собственные полупро­водники представляют собой очень чистые кристаллы, лишенные дефектов, с сравнительно узкой запрещенной зоной (Δ E < 2 эв ; например, Δ E = 1,1 эв у кремния при комнатной температуре). В данном случае переходы электронов из занятой валентной зоны в зону проводи­мости возможны уже при комнатной температуре. Бла­годаря этим переходам в валентной зоне возникают пустые места (дырки), которые ведут себя подобно ква­зисвободным частицам с положительным зарядом и так­же обусловливают возникновение проводимости. Так как переход каждого электрона всегда сопровождается образованием одной дырки, то концентрация электронов в собственном полупроводнике n всегда равна концент­рации дырок р . Полупроводниками такого рода явля­ются, например: весьма чистые германий и кремний.

Примесные полупроводники. Эти полупроводники от­личаются от собственных полупроводников тем, что в решетке таких материалов имеются естественные де­фекты, естественные примеси или искусственно введенные в решетку чужеродные атомы (легированный полупро­водник - например, кристалл германия, легированный индием). Все эти дефекты решетки вызывают появление в запрещенной зоне особых энергетических уровней (примесных). Так как для ионизации примесного атома требуется энергия, равная по порядку величины 0,01 эв , примесные уровни лежат в соответствии с этой величи­ной энергии либо непосредственно под зоной проводимости, либо над валентной зоной (рис. 12), в зависимости от того, является ли примесный атом поставщиком электрона (донором) или ловушкой для электрона (акцептором). В первом случае преобладает проводи­мость n -типа, во втором случае — проводимость p -типа, но в обоих случаях проводимость будет существенно больше, чем собственная проводимость чистого полупро­водника.

Рис. 12. Модель возможных энергетических состояний электронов в твердом теле (зонная модель).

1 — рентгеновские уровни; 2 — валентная оболочка; 3 — энергетические уровни электронов в изолированном атоме; ПЗ — зона проводимости; ВЗ — валентная (заполненная зона); 33 — запрещенная зона (с шириной Δ E _Д или Δ E _П ); n — носи­тели при проводимости n -типа; р — носители при проводимости р -типа; О — основной уровень; Пр — уровни примеси чужерод­ных атомов; ПУ — поверхностный уровень (энергетический уровень на поверхности твердого тела); (+) —дырка; Ө — элек­трон; Е _F — уровень Ферми.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.— М.: Наука, 2000 – 752 с.

2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн.—М.: Мир, 2004.