Файл: Электропроводность твердого тела. Металлы, полупроводники, и диэлектрики.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 8
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Электропроводность твердого тела.
Металлы, полупроводники, и диэлектрики
Мельников Сергей, студент группы МЕН-300206
Уральский федеральный университет им Б.Н. Ельцина
Институт естественных науки и математики
Преподаватель: доктор физико-математических наук Т.Б.Чарикова
Екатеринбург, 2023 г.
04/22/2023 2
Основа классификации
По порядку и характеру удельной электропроводности твердые тела разделяют на:
●
Диэлектркики – 10
-12
- 10
-8
(Ом м)
⋅
-1
;
●
Металлы – 10 6
- 10 8
(Ом м)
⋅
-1
,
с ростом T относительно слабо убывает;
●
Полупроводники – м/у ними, с ростом T стремительно возрастает.
04/22/2023 3
Электропроводность и зонная теория
Зонная теория твердых тел позволила с единой точки зрения истолковать существование металлов, диэлектриков и полупроводников, объяснив различие в их электрических свойствах:
●
неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон;
●
шириной запрещенных зон.
04/22/2023 4
С точки зрения зонной теории
Валентная зона - в диэлектриках и полупроводниках, - наивысшая энергетическая зона, полностью заполнная при температуре абсолютного 0;
Зона проводимости - зона, следующая за валентной.
В частности, в металлах, - наивысшая разрешённая зона, в которой находятся электроны при температуре абсолютного 0;
Электропроводность зависит от числа электронов в зоне проводимости, для которых существуют свободные энергетические уровни.
04/22/2023 5
Зонная структура диэлектриков
Вещество является диэлектриком, если валентная зона заполнена полностью, в высших зонах нет электронов, а также отсутствует перекрытие зон.
Такое вещество не проводит ток.
Ширина между зонами у диэлектриков, условно, составляет более 2 эВ.
04/22/2023 6
Зонная структура полупроводников
Вещество является полупроводником, если валентная зона разделена с соседними зонами узкой
(менее 2 эВ) запрещающей зоной.
Вещества с шириной запрещённой зоны более 3—4 эВ и менее 4—5 эВ совмещают свойства диэлектриков и полупроводников.
При температуре, близкой к абсолютному нулю, вещество является диэлектриком. Однако с ростом температуры электроны из верхней, занятой зоны перескакивают в вакантную зону проводимости, вследствие чего вещество становится электропроводным.
Проводимость растет вместе с температурой и концентрацией электронов в зоне проводимости.
Соответственно, в заполненной зоне, из которой электроны переходят в зону проводимости, растет концентрация дырок.
04/22/2023 7
Зонная структура металлов
●
В металлах валентная зона занята не полностью. (слева)
При воздействия на проводник разности потенциалов электроны могут свободно перемещаться из точек с меньшим потенциалом в точку с большим.
●
Также в проводниках зона проводимости может пересекаться с валентной зоной так, что область перекрытия зон заполнена не полностью. (справа)
●
“Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории”, https://studfile.net/preview/3740175/page:27/
// содержание
●
“Металлы, диэлектрики, полупроводники по зонной теории”, https://studme.org/130331/matematika_himiya_fizik/metally_dielektriki_poluprovodniki
_zonnoy_teorii
// содержание, иллюстрации
●
“Особенности зонной структуры диэлектриков, полупроводников и металлов”, https://zaochnik.com/spravochnik/fizika/elektrodinamika/zonnaja-struktura-dielektrikov- poluprovodnikov/
// иллюстрации
Список источников
Электропроводность твердого тела.
Металлы, полупроводники, и диэлектрики
Мельников Сергей, студент группы МЕН-300206
Уральский федеральный университет им Б.Н. Ельцина
Институт естественных науки и математики
Преподаватель: доктор физико-математических наук Т.Б.Чарикова
Екатеринбург, 2023 г.
04/22/2023 2
Основа классификации
По порядку и характеру удельной электропроводности твердые тела разделяют на:
●
Диэлектркики – 10
-12
- 10
-8
(Ом м)
⋅
-1
;
●
Металлы – 10 6
- 10 8
(Ом м)
⋅
-1
,
с ростом T относительно слабо убывает;
●
Полупроводники – м/у ними, с ростом T стремительно возрастает.
04/22/2023 3
Электропроводность и зонная теория
Зонная теория твердых тел позволила с единой точки зрения истолковать существование металлов, диэлектриков и полупроводников, объяснив различие в их электрических свойствах:
●
неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон;
●
шириной запрещенных зон.
04/22/2023 4
С точки зрения зонной теории
Валентная зона - в диэлектриках и полупроводниках, - наивысшая энергетическая зона, полностью заполнная при температуре абсолютного 0;
Зона проводимости - зона, следующая за валентной.
В частности, в металлах, - наивысшая разрешённая зона, в которой находятся электроны при температуре абсолютного 0;
Электропроводность зависит от числа электронов в зоне проводимости, для которых существуют свободные энергетические уровни.
04/22/2023 5
Зонная структура диэлектриков
Вещество является диэлектриком, если валентная зона заполнена полностью, в высших зонах нет электронов, а также отсутствует перекрытие зон.
Такое вещество не проводит ток.
Ширина между зонами у диэлектриков, условно, составляет более 2 эВ.
04/22/2023 6
Зонная структура полупроводников
Вещество является полупроводником, если валентная зона разделена с соседними зонами узкой
(менее 2 эВ) запрещающей зоной.
Вещества с шириной запрещённой зоны более 3—4 эВ и менее 4—5 эВ совмещают свойства диэлектриков и полупроводников.
При температуре, близкой к абсолютному нулю, вещество является диэлектриком. Однако с ростом температуры электроны из верхней, занятой зоны перескакивают в вакантную зону проводимости, вследствие чего вещество становится электропроводным.
Проводимость растет вместе с температурой и концентрацией электронов в зоне проводимости.
Соответственно, в заполненной зоне, из которой электроны переходят в зону проводимости, растет концентрация дырок.
04/22/2023 7
Зонная структура металлов
●
В металлах валентная зона занята не полностью. (слева)
При воздействия на проводник разности потенциалов электроны могут свободно перемещаться из точек с меньшим потенциалом в точку с большим.
●
Также в проводниках зона проводимости может пересекаться с валентной зоной так, что область перекрытия зон заполнена не полностью. (справа)
●
“Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории”, https://studfile.net/preview/3740175/page:27/
// содержание
●
“Металлы, диэлектрики, полупроводники по зонной теории”, https://studme.org/130331/matematika_himiya_fizik/metally_dielektriki_poluprovodniki
_zonnoy_teorii
// содержание, иллюстрации
●
“Особенности зонной структуры диэлектриков, полупроводников и металлов”, https://zaochnik.com/spravochnik/fizika/elektrodinamika/zonnaja-struktura-dielektrikov- poluprovodnikov/
// иллюстрации
Список источников