шпоры

Теперь если вместо атома кремния строить атом бора. У него только три валентных электрона, так что образуется одна незаполненная связь с решёткой (дырка) . Фишка в том, что с точки зрения элетрического поля эта незаполненная связь ведёт себя как носитель заряда положительного знака. Физически там перемещаются электроны с соседних атомов (электрон из связи кремний-кремний заполняет недостроенную связь кремний-бор) , но поскольку для бора он не пришей кобыле хвост, то его энергия активации тоже оказывается порядка тепловой, поэтому такая дырка и обладает способностью относительно легко перемещаться по кристаллу. Это и есть дырочная проводимость (р-типа) . В терминах зонной теории это выглядит как появление разрешённого уровня вблизи дна запрещённой зоны (около валентной зоны) .

____________________________________________________________________ проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, образуя одну зону, называемую зоной проводимости, таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к телу разности потенциалов, электроны свободно движутся из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы;

___________________________________________________________________

• полупроводники — зоны не перекрываются, и расстояние между ними (ширина запрещённой зоны) составляет менее 3,5 эВ^{[источник не указан 419 дней]}. При абсолютном нуле температуры в зоне проводимости нет электронов, а валентная зона полностью заполнена электронами, которые не могут изменить свое квантомеханическое состояние, то есть не могут упорядоченно двигаться при приложении электрического поля. Поэтому при нулевой температуре собственные полупроводники не проводят электрический ток. При повышении температуры за счет теплового движения часть электронов, нарастающая при повышении температуры, «забрасывается» из валентной зоны в зону проводимости и собственный полупроводник становится электропроводным, причём его проводимость нарастает при увеличении температуры, так как растёт концентрация носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. У полупроводников ширина запрещённой зоны относительно невелика, поэтому для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, именно поэтому чистые (собственные, нелегированные) полупроводники обладают заметной проводимостью при ненулевой температуре;

____________________________________________________________________

• диэлектрики — зоны как и у полупроводников не перекрываются, и расстояние между ними составляет, условно, более 3,5 эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия (температура), поэтому диэлектрики ток при невысоких температурах практически не проводят.

____________________________________________________________________

Электропроводность есть способность тела пропускать электрический ток под действием электрического поля. Для характеристики этого явления служит величина удельной электропроводности σ. Как показывает теория [1-3], величину σ можно выразить через концентрацию n свободных носителей заряда, их заряд е, массу m, время свободного пробега τ_e, длину свободного пробега λe и среднюю дрейфовую скорость < v > носителей заряда. Для металлов в роли свободных носителей заряда выступают свободные электроны, так что:

σ = ne² · τе / m = (n · e² /  m) · (λe  / < v >) = e · n · u

____________________________________________________________________

Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность препятствовать прохождению электрического тока.

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м; также измеряется в Ом·см и Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в СИ: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м². Сопротивление проводника с удельным сопротивлением , длиной  и площадью сечения  может быть рассчитано по формуле .

Металл ρ, Ом·мм²/м Серебро 0,015..0,0162 Медь 0,01724..0,018 Золото 0,023 Алюминий 0,0262..0,0295 Иридий 0,0474 Молибден 0,054 Вольфрам 0,053..0,055 Цинк 0,059 Никель 0,087 Железо 0,098

____________________________________________________________________

Дрейфовая скорость — средняя скорость упорядоченного движения V, вызванная воздействием на электроны с помощью внешнего поля. В отсутствие внешнего электрического поля электроны в кристалле совершают только тепловое движение. Поэтому нет преимущественных направлений движения, и поэтому среднее значение дрейфовой скорости равно нулю.

____________________________________________________________________

Время релаксации — период времени, за который амплитудное значение возмущения в выведенной из равновесия физической системе уменьшается в e раз (e — основание натурального логарифма), в основном обозначается греческой буквой τ. ,

Закон ома физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока исопротивлением проводника

Закон Ома для полной цепи:

, (2)

где:

 — ЭДС источника напряжения,

 — сила тока в цепи,

 — сопротивление всех внешних элементов цепи,

 — внутреннее сопротивление источника напряжения.

____________________________________________________________________

Нарушение периодичности решетки Соответствующий квантовомеханический расчет дает, что в случае идеальной кристаллической решетки электроны проводимости не испытывали бы при своем движении никакого сопротивления и электропроводность металлов была бы бесконечно большой. Однако кристаллическая решетка никогда не бывает совершенной. Нарушения строгой периодичности решетки бывают обусловлены наличием примесей или вакансий (т. е. отсутствий атомов в узле), а также тепловыми колебаниями решетки. Рассеяние электронов на атомах примеси и на фононах приводит к возникновению электросопротивления металлов. Чем чище металл и ниже температура, тем меньше это сопротивление.

____________________________________________________________________

Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается отпроводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры

Электропроводность полупроводника может обусловливаться не только генерацией пар носителей «электрон – дырка» вследствие какого-либо энергетического воздействия, но и введением в структуру полупроводника определенных примесей.

Примеси могут быть донорного и акцепторного типа. Такую же роль, как примеси, могут играть различные дефекты кристаллической решетки: пустые узлы, дислокации или сдвиги, возникающие при пластической деформации кристалла и т. д.

____________________________________________________________________

Донор – это примесный атом или дефект кристаллической решетки, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электроном и способный в возбужденном состоянии отдать электрон в зону проводимости.

____________________________________________________________________

Акцептор – это примесный атом или дефект кристаллической решетки, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны в возбужденном состоянии.

____________________________________________________________________

Дырочная-это собственная проводимость полупроводников

____________________________________________________________________

B собственном полупроводнике при абсолютном нуле все уровни валентной зоны полностью заполнены электронами, а в зоне проводимости электроны отсутствуют (рис. 57.1, а).

____________________________________________________________________

Понятие дырки

или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двухполупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.p-n переход

____________________________________________________________________

А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.

____________________________________________________________________

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным ^{[сн 1]} и связанным с ниммагнитным моментом.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и некоторые более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, например индия, калия или кальция, одни природные изотопы стабильны, другие же радиоактивны).

____________________________________________________________________

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе.

____________________________________________________________________

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Ядро, испытывающее радиоактивный распад, и ядро, возникающее в результате этого распада, называют соответственно материнским и дочерним ядрами. Изменение массового числа и заряда дочернего ядра по отношению к материнскому описывается правилом смещения

Изотопы  разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный(порядковый) номер, но при этом разные массовые числа.

____________________________________________________________________

Изобары -  нуклиды разных элементов, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются⁴⁰Ar, ⁴⁰K, ⁴⁰Ca. Хотя массовое число (т. е. число нуклонов) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются: , . Совокупность нуклидов с одинаковым A, но разным Z называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Z в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см.формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью A = const.

____________________________________________________________________

Ферми-  внесистемная единица измерения длины и расстояния, применяющаяся в ядерной физике и физике элементарных частиц. Названа в честь итальянского физика Энрико Ферми. Ферми отличается от фемтометра лишь названием. По величине ферми и фемтометр совпадают: 1·10⁻¹⁵ м^[1][2]. Единица удобна для применения в ядерной физике, поскольку характерные размеры атомного ядра составляют несколько ферми.

1 ферми = 1 фм = 1·10⁻¹⁵ м.

    Атомное ядро в каждом состоянии характеризуется полным моментом количества движения J, который в системе покоя ядра называется спином ядра.      Для спинов атомных ядер экспериментально установлены следующие закономерности:

• если A – чётное, то J = n (n = 0, 1, 2, 3,...), т.е. спин ядра имеет целочисленное значение;

• если A – нечётное, то J = n + 1/2, т.е. спин ядра имеет полуцелое значение;

• чётно-чётные ядра в основном состоянии имеют значение спина J= 0, что указывает на взаимную компенсацию моментов нуклонов в основном состоянии ядра – особое свойство межнуклонного взаимодействия.

____________________________________________________________________

  Размеры ядер зависят от числа содержащихся в них нуклонов. Средняя плотность числа р нуклонов в ядре (их число в единице объёма) для всех многонуклонных ядер (A > 0) практически одинакова. Это означает, что объём ядра пропорционален числу нуклонов А, а его линейный размер ~А^1/3. Эффективный радиус ядра Rопределяется соотношением:

R = а A^1/3, (2)

____________________________________________________________________

Электрические и магнитные моменты ядер. В различных состояниях ядро может иметь разные по величине магнитные дипольные и квадрупольные электрические моменты. Последние могут быть отличны от нуля только в том случае, когда спин I > ¹/₂. Ядерное состояние с определённой чётностью P не может обладать электрическим дипольным моментом. Более того, даже при несохранении чётности для возникновения электрического дипольного момента необходимо, чтобы взаимодействие нуклонов было необратимо во времени (T — неинвариантно). Поскольку по экспериментальным данным Т-неинвариантные межнуклонные силы (если они вообще есть) по меньшей мере в 10³ раз слабее основных ядерных сил, а эффекты несохранения чётности также очень малы, то электрические дипольные моменты либо равны нулю, либо столь малы, что их обнаружение находится вне пределов возможности современного ядерного эксперимента. Ядерные магнитные дипольные моменты имеют порядок величины ядерного магнетона. Электрические квадрупольные моменты изменяются в очень широких пределах: от величин порядка е·10^-27см² (лёгкие ядра) до е·10^-23см² (тяжёлые ядра, е — заряд электрона). В большинстве случаев известны лишь магнитные и электрические моменты основных состояний, поскольку они могут быть измерены оптическими и радиоспектроскопическими методами (см. Ядерный магнитный резонанс). Значения моментов существенно зависят от структуры ядра, распределения в нём заряда и токов. Объяснение наблюдаемых величин магнитных дипольных и электрических квадрупольных моментов является пробным камнем для любой модели ядра.

____________________________________________________________________

Сверхтонкая структура — структура уровней энергии атомов, молекул и ионов и, соответственно, спектральных линий, обусловленная взаимодействиеммагнитного момента ядра с магнитным полем электронов. Энергия этого взаимодействия зависит от возможных взаимных ориентаций спина ядра и спиновэлектронов.

Соответственно, сверхтонкое расщепление — расщепление уровней энергии (и спектральных линий) на несколько подуровней, вызываемое таким взаимодействием.

___________________________________________________________________

Энергия связи ядра Eсв(A,Z) это минимальная энергия, необходимая, чтобы развалить ядро на отдельные, составляющие его нуклоны.

Есв(A, Z) = [Z mp + (A - Z)mn - M(A, Z)]c2,

где Z - число протонов, ( A - Z) - число нейтронов, mp - масса протона, mn - масса нейтрона, М(A,Z) - масса ядра с массовым числом А и зарядом Z.

Энергия связи ядра, выраженная через массу атома Mат, имеет вид:

Есв(A, Z) = [ZmH + (A - Z)mn - Mат(A, Z)]c2 ,

где mH - масса атома водорода. Удельная энергия связи ядра ε(A, Z) это энергия связи, приходящаяся на один.

___________________________________________________________________

Энергия активации в физике — минимальное количество энергии, которое должны получить электроны донорной примеси, для того чтобы попасть в зону проводимости.

Молекулы должны столкнуться. Это важное условие, однако его не достаточно, так как при столкновении не обязательно произойдёт реакция.

Молекулы должны быть правильно ориентированы относительно друг друга.

Уравнение Аррениуса устанавливает связь между энергией активации и скоростью протекания реакции: ,

где k — константа скорости реакции,  — фактор частоты для реакции,  — универсальная газовая постоянная,  — температура в кельвинах

___________________________________________________________________

Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным(самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер —экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

___________________________________________________________________

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(²H) и тритий (³H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (³He) и бор-11 (¹¹B).

___________________________________________________________________

Капельная модель ядра — одна из самых ранних моделей строения атомного ядра, Согласно этой теории, атомное ядро можно представить в виде сферической равномерно заряженной капли из особой ядерной материи, которая обладает некоторыми свойствами, например несжимаемостью, насыщением ядерных сил, «испарением» нуклонов (нейтронов и протонов), напоминает жидкость. В связи с чем на такое ядро-каплю можно распространить некоторые другие свойства капли жидкости, например поверхностное натяжение, дробление капли на более мелкие (деление ядер), слияние мелких капель в одну большую (синтез ядер). Учитывая эти общие для жидкости и ядерной материи свойства, а также специфические свойства последней, вытекающие из принципа Паули и наличия электрического заряда, можно получить полуэмпирическую формулу Вайцзеккера, позволяющую вычислить энергию связи ядра, а значит и его массу, если известен его нуклонный состав (общее число нуклонов  (массовое число) и количество протонов  в ядре):

,

где	{	для чётно-чётных ядер
		0      для ядер с нечётным
		для нечётно-нечётных ядер

Коэффициенты , , ,  и  получают при статистической обработке экспериментальных данных.

___________________________________________________________________

Тео́рия оболо́чечного строе́ния ядра́ — одна из ядерно-физических моделей, объясняющая структуру атомного ядра. Она аналогична теории оболочечного строения атома. В оболочечной модели атома электроны наполняют электронные оболочки, и, как только оболочка заполнена, значительно понижается энергия связи для следующего электрона.

___________________________________________________________________

В ядерной физике магические числа — ряд натуральных чётных чисел, соответствующих количеству нуклонов в атомном ядре, при котором становится полностью заполненной какая-либо его оболочка. К 2012 году известно 7 таких чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 (последнее число — только для нейтронов). Атомные ядра, содержащие магическое число протонов и/или нейтронов, отличаются большей энергией связи, а потому и большей стабильностью, чем их близкие соседи в таблице нуклидов. Особой стабильностью характеризуются так называемые дважды магические ядра, в которых количества и протонов, и нейтронов составляют магические числа. В природе существуют следующие дважды магические ядра: 42He², 168O⁸, 4020Ca²⁰, 4820Ca²⁸, 20882Pb¹²⁶. Ещё несколько короткоживущих дважды магических нуклидов (гелий-10, никель-48, никель-56, никель-78, олово-100, олово-132) получены искусственно.

Необычная стабильность магических ядер позволяет предположить, что возможно создание трансурановых элементов, обладающих большим периодом полураспада, что не свойственно элементам с большой атомной массой. Тяжелые изотопы с магическим числом нуклонов ожидается открыть в районе так называемого острова стабильности. Но поскольку по теоретическим расчетам ядра этих элементов, в отличие от уже известных магических ядер, несферичны, существует мнение(чьё?), что последовательность именно сферических магических чисел является законченной.

___________________________________________________________________

 Ядерные силы являются короткодействующими силами. Они проявляются лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10^–15 м. Длина (1,5 – 2,2)·10^–15 м называетсярадиусом действия ядерных сил.

       Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость: притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов – протонного или нейтронного. Зарядовая независимость ядерных сил видна из сравнения энергий связи зеркальных ядер. Так называются ядра, в которых одинаково общее число нуклонов, но число протонов в одном равно числу нейтронов другом. Например, ядра гелия  и тяжелого водорода – трития  . Энергии связи этих ядер составляют 7,72 МэВ и 8,49 МэВ.

  Итак, перечислим общие свойства ядерных сил:

       ·     малый радиус действия ядерных сил (R ~ 1 Фм);

       ·     большая величина ядерного потенциала U ~ 50 МэВ;

       ·     зависимость ядерных сил от спинов взаимодействующих частиц;

       ·    тензорный характер взаимодействия нуклонов;

       ·     ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинового и орбитального моментов нуклона (спин-орбитальные силы);

       ·     ядерное взаимодействие обладает свойством насыщения;

       ·     зарядовая независимость ядерных сил;

       ·     обменный характер ядерного взаимодействия;

       ·     притяжение между нуклонами на больших расстояниях (r > 1 Фм), сменяется отталкиванием на малых (r < 0,5 Фм).

___________________________________________________________________

Ядерной реакцией называется процесс сильного взаимодействия ядерного ядра с другими ядрами или элементарными частицами, в результате, которого происходит преобразование ядра. В общем виде ядерную реакцию записывают в следующей форме: