Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Электрические свойства материалов
Электрические свойства материалов. Классификации материалов по электрическим свойствам основана на представлениях зонной теории электропроводности твердых тел. Согласно принципу Паули на одном энергетическом уровне может находиться не более двух электронов. Под воздействием притяжения положительно заряженного атомного ядра электроны стремятся занять ближайшие к ядру уровни с минимальным значением энергии. В результате нижние энергетические уровни оказываются заполненными электронами, а верхние уровни - свободными. Схематическое изображение энергетической диаграммы изолированного атома приведено на рис. 1.14,а. Электрон в атоме может перейти с одного энергетического уровня W1 на другой энергетический уровень W2,но только «скачком» и только на свободный уровень. Для этого электрону необходимо сообщить дополнительную порцию или квант энергии ∆W=W2–W1. Если электрон перемещается под действий электрического поля, т. е. проходит электрический ток, то при этом изменяется энергия W электрона. На энергетической диаграмме это отразится в перемещении электрона на близлежащие свободные энергетические уровни. Если таких уровней нет, то электрон не сможет изменить свою энергию, т. е. не сможет принять участие в создании электропроводности. При образовании кристаллической решетки из N атомов электроны, находящиеся на внешних валентных оболочках отдельных атомов, сближаются- настолько, что па одном энергетическом уровне должно было бы оказаться более двух электронов. Но этого не происходит, и принцип Паули не нарушается вследствие того, что отдельные энергетические уровни расщепляются на N подуровней, образуя энергетические зоны (рис. 1.14,б). Причем расщепляются как заполненные, так и свободные энергетические уровни. При этом образуется соответственно заполненная электронами валентная зона и свободная зона проводимости. На рис. 1.14, б верхний уровень или «потолок» валентной зоны обозначен Wv, а нижний уровень, или «дно» зоны проводимости, обозначен Wc. Рис. 1.14 Схематическое изображение энергетических уровней: а – изолированного атома, б – твердого тела Рис. 1.15 Энергетические диаграммы при температуре, близкой к абсолютному нулю: а – проводников, б – полупроводников, в - диэлектриков
Энергетическую щель между валентной зоной и зоной проводимости называют запрещенной зоной ∆W. Если величина ∆Wравна или близка к нулю (рис. 1.15,а), то вещества с такой структурой энергетических зон относят к проводникам. Типичными проводниками являются металлы. Если величина запрещенной зоны вещества превышает несколько электронвольт (1эВ — энергия электрона, полученная им при перемещении между двумя точками электрического поля с разностью потенциалов 1B), то для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости придется затратить значительную энергию, способную разрушить структуру вещества. Такие вещества называют диэлектриками (рис. 1.15,в). Они имеют высокое удельное сопротивление и используются, например, в качестве электроизоляционных материалов. Промежуточное положение по ширине запрещенной зоны занимают полупроводники (рис. 1.15,б). К ним относят вещества, у которых ∆W=0,1–3эВ (кремний, германий и др.). В полупроводниках можно довольно легко за счет внешней энергии перебрасывать электроны из валентной зоны в зону проводимости, управляя величиной проводимости.
|
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 724. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |