464 2

,4 hiashosci n.CKTFivcmc

Warunki cm komornym do przewodnictwo clekiry_caiei.₀ „„

I    -w** » pa^mir wolnych -tanów energetycznych. du k.Orych    ««

Niesiony wzbudzony elektron tnergia. jak, n.oze uzyska ełcko,,,, _(Kj "*** Lupom elektrycznego, między poszczególnymi zderzeń,anu w_yw>s, m * do 10 •* eV. Teka wartość' energii wystarcza jedynie do teg„ _ahv W za.mujjce stany w pobliżu poz.omu Fermiego mogły byC wibudzone stanów energetycznych. jeżeli takie steny ufniej'. N,e wystarcza ,„,a _)t£** wzbudzen.eelektronów zajmujących dolne Many energetyczne pasm., _w edvł wszystkie stany o nieco wyższej energii sr, zajęte. Przewodnictwo e|_cc,_r Lal, me zależy zatem od liczby elektronów walencyjnych, zalezy ntnom.*,^ liczby elektronów znajdujących się w pobliżu stanów meobsadzonych. tj _<Hl,    '^,d

elektronów, które pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego mog_a h wzbudzone do pustych stanów energetycznych. Z tej przyczyny przewodni elektryczna metali nie zależy od ich wartościowości.

14 2.3. Struktura pasmowa izolatorów i półprzewodników

Pierwiastki grupy 14 - węgiel, krzem i gemian - mają wartościowość 4 i _w ^ nętrznej podpowloce p mają 2 elektrony. W stanic stałym atomy tych pierw,_aMk<s tworzy między sobą wiązania kowalencyjne, powodujące zmiany energii clektr nów. Zmiany te zostaną omówione na przykładzie węgla. Polegają one na tym. w całkowicie zapełnionym paśmie walencyjnym mieszczą się zarówno clcktror z podpowłoki 2j. jak i 2p. natomiast całkowicie puste pasmo przewodnictwa ,_cś, oddzielone od pasma walencyjnego przerwą energetyczną E_t (rys. 14.6). Poniec, w wypełnionym paśmie w-alencyjnym mc ma wolnych stanów energetycznych, d*, których elektrony mogłyby zostać wzbudzone i przemieszczać się pod wpływem pola elektrycznego przewodząc prąd oraz dlatego, że pasmo przewodnictwa jest p_Ust_c i oddzielone szeroką przerwą energetyczną od pasma walencyjnego, diament w 0 K jest izolatorem. Inne materiały o wiązaniach kowalencyjnych, a tak/e jonowych mają strukturę pasmową podobną do w yżej omówionej i dlatego podobnie jak diament są izolatorami.

W ciałach stałych o czystych wiązaniach kowalencyjnych w temperaturze 0 K pasmo walencyjne jest całkowicie zapełnione elektronami i jest ono oddzielone od zupełnie pustego pasma przewodnictwa przerwą energetyczną E₉. W ty_m przypadku E_f znajduje się w połowie przerwy energetycznej. Prawdopodobieństwo wynikające z /(£) może być realizowane jedynie w pasmach walencyjnym i przewodnictwa, gdyż elektrony nic mogą mieć energii z zakresu przerwy energetycznej. Ważną konsekwencją takiego zachowania jest to, że również powyżej 0 K /(£) może być równa 1 w paśmie walencyjnym i 0 w paśmie przewodnictwa (rys. 14.7j. W diamencie, ze względu na dużą przerwę energetyczną 5.4 cV. energia cieplna nic jest w sianie wzbudzić znacznej liczby elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa i dlatego diament jest izolatorem. W paśmie całkowicie

nys 1^ 6- Schemat struktury pasmowej diamentu Połączenie poziomów 2j i 2p powoduje utworzenie sic dwóch pasm: jednego całkowicie zapełnionego (walencyjnego) i drugiego całkowicie pustego (przewodnictwa) oddzielonych, przy równowagowci odległości między atomami, szeroką przerwą energetyczną

obsadzonym elektrony nie mogą się poruszać, gdyż są zajęte wszystkie możliwe starn energetyczne, natomiast w paśmie pustym me ma elektronów . Ze względu na znacznie węższą przerwę energetyczną w krzemie, wynoszącą 1,12 eV. i w germanie, wynoszącą 0.66 eV. energia cieplna wystarcza, aby wzbudzić pewną liczbę elektronów do pasma przewodnictwa i dlatego są one półprzewodnikami. W temperaturze 0 K zarówno półprzewodniki, jak i izolatory nie przewodzą prądu

RYS. 14.7 Względne położenie funkcji Fenniego/t^) i struktury pasmowej w izolatorze Ze względu na szeroką przerwę energetyczną w izolatorach energia cieplna mc jest wystarczająca do wzbudzenia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa