2.1.1. Виникнення зон у кристалах і їх заповнення в провідниках, діелектриках і напівпровідниках

Електрони в ізольованому атомі можуть мати тільки певні значення енергії. Ці значення енергії носять назву енергетичних рівнів.

 

Уявімо собі, що атоми зближаються один з одним (рис.2.1.) і в решті решт, коли відстань х  наближається до х0 (сталої кристалічної гратки),

утворюють кристалічну гратку твердого тіла. При зближенні атомів, унаслідок взаємодії між електронними оболонками атомів, виникає система енергетичних підрівнів, що носить назву дозволеної зони.

Дозволені  зони  відділяються  одна  від  одної  забороненою зоною "ширина" якої - ЛЕ (див. Рис.2.2).

Внутрішні дозволені зони, що відповідають заповненим оболонкам ізольованого атома, повністю заповнені електронами. Ці зони не впливають на електричні властивості кристала. Оскільки більшість властивостей кристала пояснюється станом валентних електронів, то в зонній теорії розглядають валентну зону (зону, що утворилась із рівня на якому знаходяться валентні електрони) і найближчу до неї незаповнену зону, що називається зоноюпровідності. В провідниках (металах) зона провідності або перекривається з валентною зоною (рис.2.3.а) або півзаповнена (рис.2.3.б), а тому існує велика кількість вільних носіїв заряду. В зоні провідності електрони мають таку енергію, що вони можуть вільно рухатись у кристалах.

Заповнення зон при абсолютному нулі температури в напівпровідниках і діелектриках має однаковий вигляд (рис.2.2.), тобто валентна зона повністю заповнена, а зона провідності - пуста і різниця між напівпровідниками й діелектриками   полягає   в   ширині   забороненої   зони:   для діелектриків

ЛЕ>3 еB; для напівпровідників Л Е£ 1 еB.

В напівпровідниках, таких як германій і кремній, ширина забороненої зони дорівнює: ЛЕ~ 1 е B (1 е B (електрон вольт) - це енергія, якої набуває електрон, що пройшов різницю потенціалів 1 B).