Ткізгіштер және диэлектриктер

Энергетикалық зоналардың болуы, бір кө зқ арас тұ рғ ысынан, металдардың, жартылай ө ткізгіштердің жә не диэлектриктің болуын, тү сіндіреді.

Атомның негізгі кү йіндегі валенттік электрондар тұ ратын рұ қ сат етілген зонаны, валенттік зона деп атаймыз. Абсолюттік нольде валенттік электрондар валенттік зонаның тө менгі дең гейлерін екі-екіден толтырады. Жоғ арырақ рұ қ сат етілген зоналар электрондардан бос болады. Валенттік зонаның толу дә режесіне қ арай жә не тыйым салынғ ан зонаның еніне қ арай, 3 – суретте кө рсетілгендей, ү ш жағ дай болуы мү мкін. а жағ дайында электрондар валенттік

3 - сур.

зонаны толығ ымен толтырмайды. Сондық тан, жоғ ары дең гейде тұ рғ ан электрондарғ а ө те аз энергия берілсе болды, олар жоғ арғ ы дең гейге ауысады. Электр ө рісінің электронғ а ә серінен пайда болғ ан қ осымша энергия да, электрондарды жоғ арырақ дең гейге ауыстыруғ а жеткілікті болады. Сондық тан, электр ө рісінен электрондар ү детіліп жә не, ө ріске қ арсы бағ ытта, қ осымша жылдамдық алады. Сонымен, осындай сұ лбалы энергетикалық дең гейлері бар кристалл металл болып саналады.

Валенттік зонаны жарым-жартылай толтыру (металл жағ дайында оны ө ткізгіштік зонасы деп те атайды), атомдағ ы соң ғ ы орын алғ ан дең гейде тек бір ғ ана электрон болады немесе зоналардың бірін-бірі кө мкеруі бақ ыланады. Бірінші жағ дайда N ө ткізгіштік электрондар валенттік зонаның жартысын ғ ана жұ птасып толтырады. Екінші жағ дайда, ө ткізгіштік зонасында дең гейлердің саны N-нен артық болады, егер де тіптен ө ткізгіштік электрондардың саы 2N болса да, олар зонаның барлық дең гейін толтыра алмайды.

б жә не в жағ дайларында (3-сур.) валенттік зонаның дең гейлері электрон электрондармен толық толтырылғ ан – зона толғ ан. Электронның энергиясын арттыру ү шін, оғ ан тыйым салынғ ан зонаның енінен Δ Е кем емес энергия мө лшерін беру керек. электр ө рісі (кристалдың электрлік тесілуі болмайтын кернеулікте) мұ ндай энергияны электрондарғ а бере алмайды. Мұ ндай жағ дайда кристалдың электрлік қ асиеттері тыйым салынғ ан зонаның Δ Е енімен анық талады. Егер бұ л ен ү лкен болмаса (оннан бір электроновольт), жылулық қ озғ алыстың энергиясы, электрондардың бір бө лігін жоғ ары еркін зонағ а ауыстыруғ а, жеткілікті болады. Бұ л электрондар, металдағ ы валенттік электрондар тұ рғ ан жағ дайғ а ұ қ сас кү йде болады. Еркін зона олар ү шін ө ткізгіштік зона болып саналады. Бір мезгілде валенттік зонадағ ы электрондардың жоғ ары босағ ан орындарғ а ауысу мү мкіндіктері туады. Мұ ндай затты ө зіндік жартылай ө ткізгіш деп атайды.

Егер тыйым салынғ ан зонаның Δ Е ені ү лкен болса (бірнеше электроновольттай), жылулық қ озғ алыс еркін зонағ а едә уір электрондардың санын лақ тырып тастай алмайды. Бұ л жағ дайда кристалл диэлектрик болып саналады.