Зонная теория полупроводников

Причины возникновения энергетических зон в кристалле рассм. на примере Na. Пусть n атомов Na наход. на большом расст. др. от др., каждый атом можно уподобить пот. яме, огранич. пот. кривой, в кот. энергия электронов отрицательна.

Будем сближать атомы до расстояния равного а. По мере сближ. потенциальные кривые этих атомов начинают перекрываться, в рез-те чего возникает искажение этих орбит.

С точки зрения модели это соотв. тому, что пот. кривые, характ. для отд.атомов, начинают перекрываться. Результир-ая потенц. кривая оказывается ниже энерг. уровня, который занимает каждый вал. электрон. В рез-те вал. электроны могут свободно перемещ. по кристаллу от атома к атому. Каждый электрон принадлежит как отдельному атому, так и всем атомам вцелом – полное обобществление электронов.

При сближении большого числа атомов, дискретные уровни свойственные отдельному атому как бы расщепляются на подуровни, которые образуют вместе энергетическую зону, состоящую из очень большого числа энергетических подуровней, расстояние между которыми настолько мало, что зоны можно считать непрерывными.

Для Na 3s-состояния расщепляются на 2N подуровня. Na, зона, получивш-ся из 3s-состояния, перекрывается зоной из 3p-состояния.

Материал, у которого имеется большое число энергетических состояний, называется Me! (при Т = 0 К).

Eg < 2эВ => п/п,

Eg > 2эВ => диэлектрик.

Зона, образов. из уровней вал. электронов, называется валентной зоной.

Зона, образов. из ур-ей выше уровня вал. электронов, называется зоной проводимости.

Запрещенная зона – образ. из ур-ей м/у валентной и зоной проводимости.

Eg – ширина ЗЗ.

Ev – уровень потолка вал.зоны,

Ec – уровень дна зоны проводимости,

Ei – уровень середины запрещенной зоны.