Зона проводимости

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Упрощённая зонная структура полупроводника и диэлектрика при нулевой абсолютной температуре с изображением нескольких дополнительных зон помимо валентной зоны и зоны проводимости. Уровень Ферми на рисунке обозначен .
Диаграмма заполнения электронных уровней энергии в различных типах материалов в равновесном состоянии. На рисунке по высоте условно показана энергия, а ширина фигур — плотность состояний для данной энергии в указанном материале.
Полутона соответствует распределению Ферми — Дирака (черный — все состояния заполнены, белый — состояние пустое).
В металлах и полуметаллах уровень Ферми находится внутри, по меньшей мере, одной разрешённой зоны. В диэлектриках и полупроводниках уровень Ферми находится внутри запрещённой зоны, но в полупроводниках зоны находятся достаточно близко к уровню Ферми для заполнения их электронами или дырками в результате теплового движения частиц.

Зо́на проводи́мости — в зонной теории твёрдого тела первая зона, расположенная непосредственно над уровнем Ферми, энергетически разрешённая для электронов зона (диапазон энергии, которую могут иметь электроны) в полуметаллах полупроводниках и диэлектриках.

При уменьшении размеров системы (числа частиц в системе) уровень энергии низа зоны проводимости, как правило, увеличивается относительно уровня Ферми.

Аналогом энергии нижней границы зоны проводимости в молекулярных системах (кластерах) является энергия нижней свободной молекулярной орбитали (НСМО), англ. lowest unoccupied molecular orbital (LUMO).

Электропроводность в твёрдых телах[править | править код]

Металлы[править | править код]

В металлах валентная зона перекрывается с зоной проводимости, формально в металлах запрещённая зона имеет отрицательную ширину), поэтому в них даже при абсолютном нуле температуры имеются электроны в зоне проводимости, что обуславливает их электропроводность и при абсолютном нуле температуры (0 К).

Полуметаллы[править | править код]

В полуметаллах валентная зона и зона проводимости частично перекрываются, но плотность состояний в месте перекрытия этих зон невелико, поэтому полуметаллы сохраняют электропроводность и при 0 К.

Полупроводники и диэлектрики[править | править код]

В полупроводниках и диэлектриках валентная зона и зона проводимости разделены запрещённой зоной, при нулевой температуре состояния в валентной зоне полностью заняты электронами, а в зоне проводимости электроны отсутствуют, поэтому при 0 К эти вещества не проводят электрический ток, так как для движения электронов под действием электрического поля необходимо изменение состояния электронов, а все состояния в валентной зоне заняты и электроны не могут изменить своё квантовомеханическое состояние.

При температуре отличной от 0 К часть электронов из валентной зоны из-за теплового движения переходит в зону проводимости, при этом в валентной зоне образуются свободные уровни энергии, покинутые электронами, а в зоне проводимости появляются электроны, поэтому пр ненулевых температурах диэлектрики и полупроводники приобретают электропроводность.

С точки зрения зонной теории между диэлектриками и полупроводниками нет принципиального различия и они различаются только по ширине запрещённой зоны, у диэлектриков ширина запрещённой зоны несколько электронвольт, поэтому при не слишком высокой температуре, например, комнатной, в зону проводимости у диэлектриков переходит ничтожная часть электронов и поэтому они имеют очень малую электропроводность в отличие от полупроводников, имеющих заметную электропроводность при этих же температурах.

Ссылки[править | править код]

См. также[править | править код]