Металлы, диэлектрики и полупроводники
Автор: 20211012 • Декабрь 10, 2023 • Реферат • 1,050 Слов (5 Страниц) • 72 Просмотры
НАО «Университет имени Шакарима города Семей»
Инженерно-технологический факультет
(наименование факультета)
Кафедра «Техническая физика и теплоэнергетика»
(наименование кафедры)
СРО №2
По дисциплине: Физика конденсированного состояния
(наименование дисциплины)
На тему: Металлы, диэлектрики и полупроводники
(тема работы)
Выполнил: Студент группы ТФ-102 | Проверил(а): |
________ Кульбедин Д.С. (подпись) (ФИО) | Преподаватель: Зарыкбаева К.С. (ФИО) |
________ ______________ (оценка) (дата) | ________ _____________ (подпись) (дата) |
Семей 2023 г.
Содержание
Введение 3
1 Металлы и диэлектрики 4
2 Полупроводники 5
2.1 Собственные полупроводники 5
2.2 Примесные полупроводники 6
Заключение 7
Список используемых источников 8
Введение
Понимание структуры и свойств кристаллических материалов играет ключевую роль в современной науке и технологии. Изучение зонной структуры кристаллов позволяет понять их поведение в различных условиях, что имеет важное значение для практических приложений, включая разработку полупроводников и других электронных устройств. В данном контексте, анализ энергетических зон и эффектов, происходящих при заполнении электронами, помогает классифицировать кристаллические материалы и определять их электрические свойства.
1 Металлы и диэлектрики
Рассмотрим кристалл и начнем заполнять зоны Em,k электронами так, чтобы система была электрически нейтральна (количество электронов равно количеству протонов). При нулевой температуре будем исходить из принципа Паули и требования минимума полной энергии (на самом деле, стоит еще выполнять, хотя бы мысленно, процедуру самосогласования Хартри-Фока при добавлении очередного электрона). В результате, когда добавляемые электроны закончатся, возможны лишь две ситуации, изображенные на рисунке 1.
[pic 1]
Рисунок 1 - Заполнение зон в металле (a) и диэлектрике (b).
В металлах энергия Ферми оказывается в разрешенной зоне, т.е. в одной зоне сосуществуют как заполненные, так и свободные состояния. Такие среды проводят электрический ток – электроны при сколь угодно слабом внешнем электрическом поле могут прийти в движение (есть свободные состояния).
В диэлектриках (изоляторах) энергия Ферми оказывается в запрещенной зоне (иными словами, есть набор полностью заполненных разрешенных зон вплоть до данной, а зоны выше по энергии полностью свободны). Такие среды электрический ток не проводят – электронам некуда переходить при приложении внешнего поля.
Подчеркнем, что эти определения соответствуют нулевой температуры и идеальной (без дефектов) системе.
В металле энергия Ферми лежит в зоне проводимости (в одной из многих). В диэлектриках энергия Ферми лежит между валентной зоной и зоной проводимости [1].
2 Полупроводники
По определению, полупроводниками (semiconductors) называют те диэлектрики, ширина запрещенной зоны которых Eg ≤ 2 eV (иногда критерий жестче 1,5 ≤ eV или даже 1 ≤ eV).
Отличие полупроводников от остальных изоляторов лишь количественное, но достаточно важное: оказывается, что в полупроводниках при комнатной температуре, как правило, концентрация носителей заряда в низшей по энергии зоне проводимости (та, которая была первой пустой при T=0) оказывается заметной. Иногда полупроводниками в широком смысле называют кристаллы, для которых можно найти примеси, которые при добавлении в кристалл поставляют электроны в зону проводимости, или отбирают электроны из валентной зоны [2].
...