83177 Img00081

85

atomach, natomiast zewnętrzne elektrony są skolektywizowane — należą do całego kryształu. Energia elektronów zewnętrznych może przybierać wartości mieszczące się w granicach obszarów zakreskowanych na rys. 2.12-1, które nazywają się dozwolonymi pasmami energetycznymi.

Efekt rozszczepiania poziomów energetycznych jest zgodny z zasadą Pauliego nie zezwalającą na przebywanie więcej niż dwu elektronom (o antyrównoległych spinach) na jednym poziomie energetycznym w krysztale.

2.14.    Dozwolone pasmo energetyczne powstające z jednego poziomu w izolowanym atomie składa się z N blisko położonych poziomów, gdzie N jest liczbą atomów w krysztale. Koncentracja atomów w ciele stałym jest rzędu 10²²- 10²³ atomów w 1 cm ³ — tego samego rzędu będzie więc liczba poziomów w jednym paśmie. Energie sąsiednich poziomów w paśmie różnią się w przybliżeniu o 1(T²² eV. Łączna szerokość pasma dozwolonego wynosi kilka elektronovoltów.

Dozwolone pasma energetyczne przedzielone są zabronionymi pasmami energetycznymi o szerokościach porównywalnych z szerokością pasm dozwolonych. Dozwolone pasma mogą być obsadzone elektronami całkowicie, częściowo lub też być całkowicie puste. Elektrony mogą przechodzić (podobnie jak w izolowanym atomie) z jednego pasma dozwolonego do drugiego, a także dokonywać przejść z jednego poziomu energetycznego na drugi wewnątrz pasma. Do przeniesienia elektronu z dolnego pasma dozwolonego do najbliższego dozwolonego pasma górnego trzeba mu dostarczyć energię równą szerokości pasma zabronionego oddzielającego te dwa pasma.

Energia, którą zdobywa elektron od zewnętrznego pola elektrycznego w czasie przebywania jednej drogi swobodnej zawiera się zwykle między 10"⁴ i 10“⁸ eV, a więc jest wystarczająca do umożliwienia mu przejść wewnątrzpasmowych, ale zbyt mała do przeniesienia go do górnego pasma oddzielonego pasmem zabronionym.

2.15.    Z punktu widzenia pasmowej teorii przewodnictwa różnice we własnościach elektrycznych metali i dielektryków wynikają z różnego położenia pasm energetycznych względem siebie oraz z różnego ich wypełnienia elektronami.

Koniecznym warunkiem przewodnictwa elektrycznego jest obecność wolnych poziomów energetycznych, na które może się przenieść elektron po nabyciu dodatkowej energii od zewnętrznego pola elektrycznego. Warunek ten może być spełniony w dwóch sytuacjach: gdy pasmo walencyjne jest tylko częściowo obsadzone przez elektrony (staje się wtedy tzw. pasmem przewodzenia — rys. 2.15-1) oraz gdy występuje „zazębianie” się dwu sąsiednich pasm: zapełnionego walencyjnego i sąsiadującego z nim, pustego.

h