Зонна модель кристала

Для наочного зображення енергетичного спектра електронів у кристалах використовується зонна модель або зонна схема. Її отримаємо з попереднього рисунка, розтягнувши вздовж горизонталі

вертикальні відрізки, яким відповідають дозволені енергії для рівноважної міжатомної відстані

r 0.

Можливі варіанти заповнення зон електронами подано на рис. 6.4.2. Стрілки на кружках указують напрямки електронних спінів.

В нижніх енергетичних зонах кожний рівень вміщує два електрони із протилежними спінами, тобто тут відсутні квантові стани, вільні від електронів. Найвища із зон, де ще знаходяться електрони, називається валентною або основною зоною. Вона породжена енергетичними рівнями, яким у ізольованих атомах відповідають валентні електрони. Над валентною зоною може знаходиться одна чи декілька зон, які в основному (не збудженому) стані кристала вільні від електронів. Для процесів, пов’язаних з електропровідністю напівпровідників, актуальною є найнижча з цих порожніх зон, яка з причини, що буде з’ясована пізніше (п. 6.6), називається зоною провідності. Початок відліку енергій у зонній схемі не регулюється яким-небудь стандартом. Часто її відраховують од нижнього краю (дна) зони провідності.

Осі абсцис у чисто зонній моделі конкретний смисл не приписується.

Рис. 6.4.2. Зонна модель кристалів: а) метал; б) напівпровідник, діелектрик.