Химическая связь и строение полупроводниковых веществ. Металлы, полупроводники и диэлектрики. Энергетические зоны в металлах, полупроводниках и диэлектриках.

Чтобы вещество проводило электрический ток необходимо и достаточно, чтобы в нем были электрические заряды в определенной концентрации и эти заряды имели возможность двигаться под действием электрического поля. Введем несколько количественных характеристик, с помощью которых можно описать проводимость вещества.

Рассмотрим Li, Z = 3, 1s²2s¹

Для п атомов действует принцип Паули (в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором 4-х квантовых чисел). С увеличением числа атомов, при расщеплении энергетических уровней, образуются зоны.

Зона, полностью заполненная электронами -валентная зона. Зона свободная от электронов и находящаяся по энергии выше валентной зоны - зона проводимости. Между валентной и зоной проводимости

может находиться запрещенная зона шириной АЕ0.

Ширина запрещенной зоны определяется природой вещества:

(1) - металлы АЕ0 < 0, 3эВ;

(2) - полупроводники 0, 3 < АЕ0 < 3эВ;

(3) - диэлектрики АЕ0 > ЗэВ.

Рассмотрим два ярко выраженных проводника IV группы - Ge и Si. Ковалентные кристаллы этих веществ образуют кристаллическую решетку структуры алмаза. Каждый атом связан с четырьмя другими за счет ковалентных связей, образованных

sp3 гибридными орбиталями.

Полупроводник — материал, электрические свойства которого в сильной степени зависят от концентрации в нём химических примесей и внешних условий (температура, излучение и пр.).

Полупроводники – вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет 0-3 электрон-вольта, например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а InAs к узкозонным.

В зависимости от того, отдаёт ли примесь электрон или захватывает электрон, примесь называют донорной или акцепторной. Свойство примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается. Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи абсолютного нуля температуры полупроводники имеют свойства изоляторов.