Валентность и зоны проводимости - Valence and conduction bands

Заполнение электронных состояний в различных типах материалов при равновесие. Здесь высота - это энергия, а ширина - это плотность доступных состояний для определенной энергии в указанном материале. Тень следует за Распределение Ферми – Дирака (чернить = все состояния заполнены, белый = состояние не заполнено). В металлы и полуметаллы то Уровень Ферми E_F лежит внутри хотя бы одной полосы. В изоляторы и полупроводники уровень Ферми находится внутри запрещенная зона; однако в полупроводниках зоны достаточно близки к уровню Ферми, чтобы термически заселенный с электронами или дыры.

редактировать

В физика твердого тела, то валентная полоса и зона проводимости являются группы ближе всего к Уровень Ферми и таким образом определить электрическая проводимость твердого тела. В неметаллах валентная зона - это самый высокий диапазон электрон энергии в котором электроны обычно присутствуют на абсолютный ноль температура, в то время как зона проводимости - это самая нижняя область вакантных электронные состояния. На графике электронная зонная структура В материале валентная зона расположена ниже уровня Ферми, а зона проводимости - над ним.

Различие между валентной зоной и зоной проводимости не имеет смысла в металлах, потому что проводимость происходит в одной или нескольких частично заполненных зонах, которые приобретают свойства как валентной зоны, так и зоны проводимости.

Ширина запрещенной зоны

Основная статья: Ширина запрещенной зоны

В полупроводниках и изоляторах две зоны разделены запрещенная зона, пока в полуметаллы полосы перекрываются. Запрещенная зона - это диапазон энергий в твердом теле, в котором не могут существовать электронные состояния из-за квантование энергии. Электропроводность неметаллов определяется восприимчивостью электронов к возбуждению из валентной зоны в зону проводимости.

Электрическая проводимость

Полупроводниковая зонная структура
Видеть электрическая проводимость и полупроводник для более подробного описания ленточной структуры.

В твердых телах способность электронов действовать как носители заряда зависит от наличия свободных электронных состояний. Это позволяет электронам увеличивать свою энергию (т.е. ускоряться ) когда электрическое поле применяется. Точно так же дырки (пустые состояния) в почти заполненной валентной зоне также учитывают проводимость.

Таким образом, электрическая проводимость твердого тела зависит от его способности перемещать электроны из валентной зоны в зону проводимости. Следовательно, в случае полуметалла с областью перекрытия электрическая проводимость высока. Если есть небольшая запрещенная зона (E_грамм), то перетекание электронов из валентной зоны в зону проводимости возможно только при подаче внешней энергии (тепловой и т. д.); эти группы с малыми E_грамм называются полупроводники. Если E_грамм достаточно высока, то поток электронов из валентной зоны в зону проводимости становится незначительным при нормальных условиях; эти группы называются изоляторы.

Однако в полупроводниках присутствует некоторая проводимость. Это происходит из-за теплового возбуждения - некоторые электроны получают достаточно энергии, чтобы перепрыгнуть запрещенную зону за один раз. Попав в зону проводимости, они могут проводить электричество, как и дыра они остались в валентной полосе. Дырка - это пустое состояние, которое позволяет электронам в валентной зоне некоторую степень свободы.

Смотрите также

• Электрическая проводимость для получения дополнительной информации о проводимости в твердых телах и другого описания зонной структуры.
• Море Ферми
• Полупроводник для полного объяснения зонной структуры материалов.
• HOMO / LUMO
• Valleytronics

Рекомендации

• "Чембио".
• «Гиперфизика».
• Киттель, Чарльз (2005). Введение в физику твердого тела. Вайли. ISBN  0-471-41526-X.

внешняя ссылка

• Калькулятор энергии прямой запрещенной зоны