WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Електрони і дірки - Реферат

Електрони і дірки - Реферат

Реферат на тему:

Електрони і дірки.

Відомо, що первиннми та єдиними носіями заряду є електрони та протони. У вакуумі та газах електрони і протони можуть бути вільними, в твердих тілах та рідинах електрони і протони зв'язані з атомами і їх заряди взаємно врівноважують один одного. При визначених умовах електрони можуть відриватись від атомів або приєднюватися до них і, в цьому випадку, виникають додатньо та від'ємно заряджені іони, які також можуть створювати струм. Здатність іонів переміщуватись у твердому тілі дуже обмежена, так як вони утворюють зв'язки із сусідніми атомами, тому, якщо в твердому тілі присутні вільні електрони, то іменно вони і будуть визначати його провідність.

На нижньому рисунку (рис. 3) схематично показано структуру кристалу Si на його зовнішній оболонці є чотири електрони, які утворюють хімічні зв'язки з сусідніми атомами, так що кристал можна розглядати як гігантську молекулу.

Уявимо, що під дією світла, яке пронкло в кристал, від одного з атомів відіррвався один електрон, тоді в кристалі поряд із не зв'язаним із атомом електроном виник додатньо заряджений іон. Здатність самого іона під дією поля переміщуватись досить мала, тому ми її не враховуватимемо. Однак, оскільки в кристалі атоми розміщені близько один від одного, до цього іона може притягнутись електрон від сусіднього атома. Оскільки валентний електрон пішов від сусіднього атома, там виникла дірка в зовнішній оболонці.

Рис. 3. Схематичне зображення виникнення електрона та дірки при поглинанні світла

До виходу електрона локальна електронейтральність сберігалась, після виходу електрону вона порушилась і стала додатньою. Тому дірка несе доджатній заряд. Напрямок її руху протилежний напрямку руху електрона. Кожен електрон, що знаходиться в валентному зв'язку, характеризується своїм рівнем. Усі рівні валентних електронів розміщені дуже близько і утворюють зону, яку прийнято називати валентною. Вільні електрони також утворюють свою зону, яку прийнято називати зоною провідності, оскільки електрони, що знаходяться в цій зоні, створюють провідність твердих тіл.

Для того, щоб фотон відірвав електрон, його енергія повинна бути більшою деякої енергії зв'язку Eg валентного електрона з решіткою: hν>Eg. Іменно така енергія і розділяє валентну зону та зону провідності. Зону, яка розділяє валентну зону та зону провідності прийнято називати забороненою зоною, оскільки в ідеальному кристалі немає електронів з енергією, яка попадає в зону провідності. Електрони із зовнішньої оболонки або зв'язані з атомами (тоді вони у валентній зоні), або вільні (тоді вони в зоні провідиності). Часто електрони зони провідиності називають квазівільними, оскільки вони не залишають кристал, однак, ппам"ятаючи про це, ми все ж будемо називати їх вільними, вважаючи при цьому, що вони можуть переносити заряд в просторі та створювати струм. Дірки у валентній зоні такоже можуть переносити заряд, тому ми їх також будемо називати вільними додатніми носіями заряду. Для досконалого бездомішкового кристалу концентрація електронів буде рівною концентрації дірок. Це - власна концентрацфя носіїв заряду.

Рис. 3.Енергетична діаграма електронів у кристалах

Дірка як самостійна частинка не існує, і її можна назвати квазічастинкою. Дійсно, дірка - це відсутність валентного електрона, і насправді заряд переноситься валентними електронами, дірка, як бульбашка в стакані води, позволяє реальним частинкам води переміщуватись в іншому напрямку. І, тим не менше, нам легше слідкувати за рухом дірки, аніж за рухом нескінченої кількості валентних електронів.

Заміна руху електронів рухом дірки вимагає зміни напрямку відрахунку її енергії відносно відрахунку енергії електронів. Згадаємо стакан води та бульбашку в ній. Під дією сили тяжіння частинки опускаються, в той же час бульбашка спливає. щоб його занурити, потрібно прикласти силу, тобто для неї мінімум потенційної енергії знаходиться на поверхні, і в міру занурення її енергія зростає. Аналогічна ситуація існує для електронів, розігрів їх електричним полем буде викликати збільшення їх енергії (див. рис.3, на якому енергія електронів відкладується вверх). Енергия дірок повинна відкладатися вниз, тобто, чем є більшою їх енергія, тим глубше вони знаходяться в валентній зоні.

Таким чином, в якості носіїв заряду в будь-якому середовищі можуть виступати здатні переміщуватись під дією електричного поля електрони - n, дірки - p, додатньо ьа від'ємно заряджені іони - ip та in. Для концентрації заряду в одиниці об'єму можна записати:

N = n + p + in + ip, (12)

Якщо (in + ip) >> (n + p), то це матеріали з іонною провідністю, що є типовим для діелектриків.

Якщо (n + p) >> (in + ip), то це матеріали з електронною провідністю, це є типовим для напівпровідників та металів.

Використана література:

  1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая школа, 1978.

  2. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники. -М.: Высшая школа, 1975.

  3. Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.

  4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1988.

  5. Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: высшая школа, 1982.

  6. Гершунский В.С. Основы электроники. - К.: Вища школа, головн. из-во, 1982.

  7. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.:Энергоатомиздат, 1985.

Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1986.

Loading...

 
 

Цікаве