- •23.Теплоемкость кристаллов. Теория теплоемкости Дебая. Фотоны.
- •24.Распределение Ферми-Дирака.
- •25.Элементы зонной теории кристаллов. Металлы. Полупроводники. Диэлектрики.
- •26.Электропроводимость полупроводников и ее зависимость от температуры.
- •27.Собственные и примесные полупроводники.
- •29.Состав атомных ядер и их основные характеристики.
- •30.Масса и энергия связи ядер. Дефект массы.
- •31.Ядерные силы и их свойства.
- •32.Ядерные реакции. Деление ядер. Цепная реакция. Термоядерная энергия.
- •33.Естественная и искусственная радиоактивность.
- •34.Закон радиоактивности распада.
- •35.Элементарные частицы и методы их регистрации.
- •36.Классификация элементарных частиц.
23.Теплоемкость кристаллов. Теория теплоемкости Дебая. Фотоны.
Энергия кристалла, содержащего атомов, тогда вычисляется как , а теплоемкость при постоянном объеме - дифференцированием энергии по температуре:
24.Распределение Ферми-Дирака.
Статистика Фе́рми — Дира́ка в статистической физике — квантовая статистика, применяемая к системам тождественных фермионов (как правило, частиц с полуцелым спином, подчиняющихся принципу запрета Паули, то есть, одно и то же квантовое состояние не может занимать более одной частицы); определяет распределение вероятностей нахождения фермионов на энергетических уровнях системы, находящейся в термодинамическом равновесии; предложена в 1926 году итальянским физиком Энрико Ферми и одновременно английским физиком Полем Дираком, который выяснил её квантово-механический смысл; позволяет найти вероятность, с которой фермион занимает данный энергетический уровень.
В статистике Ферми — Дирака среднее число частиц в состоянии с энергией εi есть
где
ni — среднее число частиц в состоянии i,
εi — энергия состояния i,
gi — кратность вырождения состояния i (число состояний с энергией εi),
μ — химический потенциал (который равен энергии Ферми EF при абсолютном нуле температуры),
k — постоянная Больцмана,
T — абсолютная температура.
В (идеальном) ферми-газе в пределе низких температур μ = EF. В этом случае (полагая уровни энергии невырожденнымиgi = 1), функция распределения частиц называется функцией Ферми:
25.Элементы зонной теории кристаллов. Металлы. Полупроводники. Диэлектрики.
Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостьюудельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры[1].
Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.
26.Электропроводимость полупроводников и ее зависимость от температуры.
Для понимания механизма электрической проводимости в полупроводниках рассмотрим строение полупроводниковых кристаллов и природу связей, удерживающих атомы кристалла друг возле друга. Кристаллы германия и других полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку.
Основным признаком, выделяющим полупроводники как особый класс веществ, является влияние температуры или концентрации примесей на их электрическую проводимость. Даже при увеличении температуры на 1 °С проводимость возрастает на 5-6 %. Введение примеси в полупроводник в количестве 10 -7-10 -9 % уже существенно увеличивает его электрическую проводимость.
У большинства полупроводников существенное изменение электрической проводимости возникает под действием света, ионизирующих излучений и т. д. К полупроводникам относятся вещества, занимающие по величине удельной электрической проводимости промежуточное положение между проводниками (металлами) и диэлектриками.
|
Электропроводность полупроводников, как и других твердых тел, определяется направленным движением электронов под действием внешнего электрического поля. Существенные отличия электропроводности полупроводников от проводников и диэлектриков объясняется различием их энергетических диаграмм, показанных на рис. 1.2. Здесь 1 зона проводимости, 2 — валентная зона, 3 — запрещенная зона.