Тема 3. Електричний струм в різних сер довищах.

1.Елементи фізичної електроніки. Лекція 1 [7]:§§139-140

2. Електронно-дірковий перехід (p-n-перехід), його властивості та використання.

3. Напівпровідникові прилади. Лекція2

Самостійне вивчення:

1.Електричний стум у вакуумі. [1]:§§61

2.Фізичні основи дії електронних ламп та електронно-променевих трубок. . [1]:§§61

3.Електричний струм у газах. Властивості газового розряду. . [1]:§§62

4.Фізичні основи дії газорозрядних приладів. [7]:Розділи 5,6,7. . [1]:§§62

5. Електричний струм у напівпровідниках. Власна та домішкова провідності напівпровідників. [1]:§§141-143

1.Елементи фізичної електроніки. Лекція 1

1.1 Пртнцип перетворення енергетичних рівнів у енергетичні зони.

Відмінність між кристалом й атомом полягає в цьому випадку в наступному: в той час як в ізольованому атомі даний енергетичний рівень є єдиним, в кристалі, що складається з N атомів, він повторюється N разів. Кожний рівень ізольованого атома в кристалі стає N – кратно виродженим.

Якщо врахувати доданок в потенціальній енергії, то у міру зближення ізольованих атомів і утворення з них ґратки кожний атом потрапляє у поле своїх сусідів, яке зростає. Така взаємодія приводить до зняття виродження. Тому кожний енергетичний рівень, не вироджений в ізольованому атомі, розщеплюється на N близько розміщених один від одного під­рівнів, що утворюють енергетичну зону. На кожному підрівні згідно з принципом Паулі може знаходитись не більше двох електронів з антипаралельними спінами.

Якщо енергетичний рівень мав в атомі – кратне виродження, то відповідна йому енергетична зона буде складатися із підрівнів. Так, s- рівень дає s- зону, яка складається із N підрівнів і здатна вмістити 2N електронів; р- рівень дає р- зону, яка складається із 3N підрівнів і здатна вмістити 6N електронів, і т.д.

Найбільший вплив поле ґратки чинить на зовнішні валентні електрони атомів. Тому стани цих електронів в кристалі відчувають найбільші зміни, а енергетичні зони, які утворені з енергетичних рівнів цих електронів, виявляються найбільш широкими.

Внутрішні ж електрони, які сильно зв’язані з ядром, відчувають лише незначні збурення від інших атомів, внаслідок чого їх енергетичні рівні в кристалі залишаються практично такими ж вузькими, як і в ізольованих атомах. На рис. 356 наведена схематична картина утворення енергетичних зон в кристалі із дискретних атомних рівнів.

Отже, кожному енергетичному рівню ізольованого атома в кристалі відповідає зона дозволених рівнів: рівню 1s – зона 1s, рівню 2p – зона 2p і т.д..

Зони дозволених енергій розділені областями заборонених енергій – забороненими зонами. Із збільшенням енергій електрона в атомі ширина дозволених зон збільшується, ширина заборонених – змен­шується.

Дозволені енергетичні зони в твердому тілі можуть бути різним чином за­повнені електронами. У граничних випадках вони можуть бути цілком заповнені або цілком вільні. Електрони в твердих тілах можуть переходити з однієї дозволеної зони в іншу. Для переходу електрона з нижньої зони в сусідню верхню зону необхідно затратити енергію, що дорівнює ширині забороненої зони, яка розміщена між ними.

Для внутрішніх переходів електронів в межах зони необхідна дуже мала енергія, тому, що відстані між сусідніми енергетичними рівнями в зоні дорівнює приблизно . Наприклад, для цього достатньо енергії , що отримує електрон в металі під дією електричного поля на довжині вільного пробігу при звичайних різницях потенціалів. Під дією спеціального збудження електронам може бути надана енергія, достатня як для внутрішньозонних, так і для міжзонних переходів.