670

W miarę wzajemnego zbliżania się atomów przy tworzeniu się ciała stałego zachodzi nakładanie się atomowych poziomów energetycznych. Najpierw nakładają uę poziomy zewnętrzne (walencyjne) atomów, a w miarę dalszego zbliżania - również poziomy położone głębiej.

Na rycinie 21.1 a przedstawiono przypadek tworzenia się coraz bardziej poszerzających się pasm. powstających najpierw z poziomów energetycznych 3p, następnie 3s atomów* sodu. w miarę wzajemnego zbliżania się tych atomów. Widać, że dla odległości rp, przy której atomy w sieci kryształu sodu pozostają w stanic równowagi. te dwa pasma nakładają się na siebie, czyli nie ma między mmi przerwy energetycznej lub inaczej - szerokość przerwy wynosi zero.

Każde pasmo składa się z oddzielnych, ale bardzo blisko siebie leżących poziomów. których ilość w paśmie odpowiada liczbie atomów tworzących kryształ O właściwościach elektrycznych kryształu decydują dwa najwyisze pod względem energetycznym pasma, z których niższe składa się z poziomów walencyjnych atomów tworzących sieć. a wyższe - z poziomów wzbudzonych tych atomów. Jeśli sieć me jest typu metalicznego, to te dwa patma energii dozwalanych mc zachodzą na siebie, a przerwa energetyczna między nimi. która nazywa się strefy wzbronioną. ma pewną izerokość (ryc. 21.1 b). W strefie tej elektrony mc mogą przebywać dłużej niż wynosi czas ich przeskoków” między pasmami dozwolonymi.

Z poziomów atomowych, całkowicie wypełnionych elektronami, powstaje pasmo całkowicie zapełnione. Nazywa się ono pasmem podstawowym Z zewnątrz przyłożone pole elektryczne me jest w stanie spowodować ruchu skierowanego elektronów znajdujących się w tym paśmie, ponieważ mc ma obok wolnych miejsc, do których elektrony mogłyby się przesunąć Z wyższych poziomów atomowych, które są albo całkowicie puste (poziomy wzbudzenia). albo tylko częściowo zajęte przez elektrony powstają pasma przewodnictwa Elektrony mające energię odpowiadającą pasmu przewodnictwa, czyli - jak się zwykle mówi - które znajdują się w paśmie przewodnictwa, pod wpływem przyłożonego pola mogą poruszać się w tym paśmie w obrębie całego kryształu Są to elektrony nic należące do żadnego z atomów, lecz będące niejako ich wspólną „własnością”. Jeżeli pasmo przewodnictwa jest całkowicie puste, to kryształ taki nie może przewodzi prądu elektrycznego Dopiero przeniesienie pewnej liczby elektronów z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa uczyni z kryształu przewodnik prądu W paśmie przewodnictwa znajdują się swobodne elektrony, a w paśmie podstawowym zostaną swobodne „dziury”, czyli puste miejsca po przeniesionych elektronach Takie przeniesienie elektronu wy maga dostarczenia mu określonej energii, co najmniej rów nej szerokości strefy wzbronionej A£.

W zależności od szerokości strefy wzbronionej ciała stałe dzielimy na: I) przewodniki (A£ ■ 0), 2) półprzewodniki (A£ < 2 eV) i 3) izolatory, inaczej dielektryki (A£ > 2 eV). Wartość 2 cV traktować należy raczej orientacyjnie, bowiem stosuje się w charakterze półprzewodników również ciała, dla których A£ ma wartość większą niż 2 eV.

670