231

A HibUl. IM1U.1 ,Vvu    r ), buui :uO

ISBN D4H1II ł-7. © l>. WN TOS >«}

7 12 TEORIA PASMOWA CIAŁA STAŁEGO METALE, PÓŁPRZEWODNIKI I IZOLATORY 231

Rozszczepienie poziomów energetycznych wolnych atomów na pasma energetyczne zachodzi, zgodnie z teorią pasmową ciała stałego, nie tylko w metalach Mamy z nun do czynienia również i w innych ciałach stałych. W kryształach nic wykazujących właściwości metalicznych pasma energetyczne nie zachodzą jednak na siebie, ale są oddzielone pasmami wzbronionymi, tj. zakresem stanów energetycznych, których elektrony nic mogą przyjmować. W takich kryształach można zawsze wyróżnić co najmniej dwa pasma eneigetyczne, i których jedno, położone niżej, jest całkowicie wypełnione elektronami (przynajmniej w temperaturze zera bezwzględnego), drugie, położone wyżej, nic zawiera natomiast żadnych elektronów. Pasmo całkowicie zajęte nosi nazwę pasma podstawowego, pasmo puste — pasma przewodnictwa Jeżeli w tych warunkach miałoby nastąpić przesunięcie elektronu z pasmu podstawowego do pasma przewodnictwa, to konieczne byłoby obdarzenie go tak dużą energią, aby znalazł się on od razu w paśmie przewodnictwa, a więc energią co najmniej lak dużą jak szerokość pasma wzbronionego. Pośrednie wartości energii są bowiem niedopuszczalne. Elektron, który przeszedł do pasma przewodnictwa, staje się elektronem swobodnym i może brać udział w przewodzeniu prądu elektrycznego w taki sam sposób jak elektrony swobodne w metalach. W izolatorach (diamencie, kwarcu. MgO itd.) przeniesienie elektronu z. pasma podstawowego do pasma przewodnictwa wymaga znacznego nakładu energii (rzędu 5-10 cV) i można jc zrealizować dopiero po przyłożeniu bardzo wysokich napięć elektrycznych lub po ogiza-niu do bardzo wysokiej temperatury. Proces ten zachodzi nieco łatwiej w przypadku pół-pizewodników, odznaczających się znacznie mniejszą szerokością pasma wzbronionego, na ogól nic przekraczającą 1-2 eV (rys. 7.20). Elektron, opuszczając pasmo podstawowe. pozostawia w nim jeden nie obsadzony poziom energetyczny Poziom ten może być teraz łatwo zajęty pr/cz. inny elektron z pasma podstawowego o zbliżonej energii i znów pozostawiający mc obsadzony poziom energetyczny w paśmie podstawowym. Nie obsadzony poziom elektronowy, zwany dziurą elektronową, może się przemieszczać w paśmie podstawowym tak jak elektron, który przeszedł do pasma przewodnictwa. Przemieszczanie się dziuiy można formalnie traktować jako przemieszczanie się dodatniego ładunku elementarnego. Zarówno dziury elektronowe jak i swobodne elektrony stanowią nośniki prądu elektrycznego

metal półprzewodnik izolator

pasmu

przewodnictwa

wzbronione

pasmo

(s-slstiiwiiwc

Rys. 7.20. Scltcmat pasm energetycznych w metalu, półprzewodniku oraz. w izolatorze