Помогите понять смысл энергетической диаграммы ПП...

Сообщение №42074 от vlad6455 08 декабря 2005 г. 11:12
Тема: Помогите понять смысл энергетической диаграммы ПП...

На диаграмме каждой горизонтальной прямой соответствует энергия, которую может иметь электрон находящийся в любой точке кристалла полупроводника. Правильно ли я понимаю, что для конкретного атома, на конкретной черточке может располагаться только пара электронов с разными спинами? Когда ввели донорную примесь (5 валентную), 4 электрона донорного атома вступят в связь с атомом кристалла (пусть это будет кремний).

Электроны взаимодействующих атомов до взаимодействия имели разные энергетические уровни?
А потом они спарились и стали иметь общий эн. уровень...???
На примере диаграммы, уровень доноров располагается ближе к зоне проводимости. Т.е. там показан 1 электрон, который слабо связан с атомом и может при небольших эн.воздействиях переходить в зону проводимости... , а остальные 4 электрона атома получается находятся в валентной зоне, с эн. уровнями ниже гораздо... уровня 5го электрона...

Получается что 4 электрона перешли на нижний энергетический уровень и выделили энергию???


Отклики на это сообщение:

> На диаграмме каждой горизонтальной прямой соответствует энергия, которую может иметь электрон находящийся в любой точке кристалла полупроводника. Правильно ли я понимаю, что для конкретного атома, на конкретной черточке может располагаться только пара электронов с разными спинами? Когда ввели донорную примесь (5 валентную), 4 электрона донорного атома вступят в связь с атомом кристалла (пусть это будет кремний).

О какой черточке для конкретного атома идет речь? Если черточка - это горизонтальная прямая на зонной диаграмме, то к конкретному атому она не имеет никакого отношения. Это либо дно зоны проводимости, либо потолок валентной зоны, либо локальный электронный уровень. Если же черточка - это валентная связь, то тогда все правильно. Эта черточка (обычно рисуют две черточки) обозначает два связанных электронных состояния, отличающиеся спинами.

> Электроны взаимодействующих атомов до взаимодействия имели разные энергетические уровни?
Да.
> А потом они спарились и стали иметь общий эн. уровень...???
Да.
> На примере диаграммы, уровень доноров располагается ближе к зоне проводимости. Т.е. там показан 1 электрон, который слабо связан с атомом и может при небольших эн.воздействиях переходить в зону проводимости... , а остальные 4 электрона атома получается находятся в валентной зоне, с эн. уровнями ниже гораздо... уровня 5го электрона...

> Получается что 4 электрона перешли на нижний энергетический уровень и выделили энергию???

Получается что энергия перераспредилилась между всеми пятью электронами таким образом, что по завершении валентных связей получился примесный центр (с эффективным зарядом +e), с которым связан один электрон. Этот электрон локализован, что отображается энергетическим уровнем, а не зоной. Поскольку энергия связи этого электрона с примесным центром меньше энергии связи в связанном состоянии, то энергетический уровень находится в запрященной зоне. Остальные четыре электрона образовали связанные состояния. Если энергия связи в этих состояниях меньше, чем энергия связи в связанных состояниях беспримесного кристалла, то эти четыре электрона (вместе с четырьмя электронами родных атомов) тоже образуют локальный уровень в запрещенной зоне, правда чуть (а может и не чуть) ниже чем локальный уровень пятого электрона. Если же энергия связи в данных состояниях будет такой же или больше чем энергия связи в связанных состояниях исходного кристалла, то образовавшиеся состояния будут в валентной зоне.


> О какой черточке для конкретного атома идет речь? Если черточка - это горизонтальная прямая на зонной диаграмме, то к конкретному атому она не имеет никакого отношения. Это либо дно зоны проводимости, либо потолок валентной зоны, либо локальный электронный уровень. Если же черточка - это валентная связь, то тогда все правильно. Эта черточка (обычно рисуют две черточки) обозначает два связанных электронных состояния, отличающиеся спинами.

Да, я имел ввиду горизонтальные прямые на зонной диаграмме. Но как мне помнится мы рисовали на физике на каждой такой черточке по 2 точки, как бы 2 электрона с разными спинами, которые могут занимать определенный энергетический уровень, при чем в колличестве только 2 шт.


> Получается что энергия перераспредилилась между всеми пятью электронами таким образом, что по завершении валентных связей получился примесный центр (с эффективным зарядом +e), с которым связан один электрон. Этот электрон локализован, что отображается энергетическим уровнем, а не зоной. Поскольку энергия связи этого электрона с примесным центром меньше энергии связи в связанном состоянии, то энергетический уровень находится в запрященной зоне. Остальные четыре электрона образовали связанные состояния. Если энергия связи в этих состояниях меньше, чем энергия связи в связанных состояниях беспримесного кристалла, то эти четыре электрона (вместе с четырьмя электронами родных атомов) тоже образуют локальный уровень в запрещенной зоне, правда чуть (а может и не чуть) ниже чем локальный уровень пятого электрона. Если же энергия связи в данных состояниях будет такой же или больше чем энергия связи в связанных состояниях исходного кристалла, то образовавшиеся состояния будут в валентной зоне.
Под энергией связи электрона нужно понимать энергию, которую нужно потратить на то что бы его переместить в зону проводимости?
Если энергия связи этих 4х электронов в связанном состоянии, меньше энергии связи электронов в беспримесном кристале, так получается...что эти 4 кристалла поднялись на более высокий уровень энергетический, по сравнению со спаренными электронами чистого кристалла? А электроны примеси что ли наоборот при спаривании понизились до общего с электронами кристал эн.уровнем. И получается взаимокомпенсация, т.е. энергия не выделяется и не поглощается, т.к. один ее выделит, а другой поглотит....???


(4 Кристалла) - 4 электрона


> > О какой черточке для конкретного атома идет речь? Если черточка - это горизонтальная прямая на зонной диаграмме, то к конкретному атому она не имеет никакого отношения. Это либо дно зоны проводимости, либо потолок валентной зоны, либо локальный электронный уровень. Если же черточка - это валентная связь, то тогда все правильно. Эта черточка (обычно рисуют две черточки) обозначает два связанных электронных состояния, отличающиеся спинами.

> Да, я имел ввиду горизонтальные прямые на зонной диаграмме. Но как мне помнится мы рисовали на физике на каждой такой черточке по 2 точки, как бы 2 электрона с разными спинами, которые могут занимать определенный энергетический уровень, при чем в колличестве только 2 шт.

Горизонтальная прямая - это либо потолок валентной зоны, либо дно зоны проводимости. Поскольку этот уровень соответствует нулевому квазиимпульсу, то естественно, что его могут занимать только два электрона. На других уровнях, например расположенных выше дна зоны проводимости, может находится больше двух электронов.

>
> > Получается что энергия перераспредилилась между всеми пятью электронами таким образом, что по завершении валентных связей получился примесный центр (с эффективным зарядом +e), с которым связан один электрон. Этот электрон локализован, что отображается энергетическим уровнем, а не зоной. Поскольку энергия связи этого электрона с примесным центром меньше энергии связи в связанном состоянии, то энергетический уровень находится в запрященной зоне. Остальные четыре электрона образовали связанные состояния. Если энергия связи в этих состояниях меньше, чем энергия связи в связанных состояниях беспримесного кристалла, то эти четыре электрона (вместе с четырьмя электронами родных атомов) тоже образуют локальный уровень в запрещенной зоне, правда чуть (а может и не чуть) ниже чем локальный уровень пятого электрона. Если же энергия связи в данных состояниях будет такой же или больше чем энергия связи в связанных состояниях исходного кристалла, то образовавшиеся состояния будут в валентной зоне.
> Под энергией связи электрона нужно понимать энергию, которую нужно потратить на то что бы его переместить в зону проводимости?
> Если энергия связи этих 4х электронов в связанном состоянии, меньше энергии связи электронов в беспримесном кристале, так получается...что эти 4 кристалла поднялись на более высокий уровень энергетический, по сравнению со спаренными электронами чистого кристалла? А электроны примеси что ли наоборот при спаривании понизились до общего с электронами кристал эн.уровнем. И получается взаимокомпенсация, т.е. энергия не выделяется и не поглощается, т.к. один ее выделит, а другой поглотит....???

Примерно так. Это на самом деле упрощенная картина, цель которой объяснить, что никакого выделения энергии нет. Энергия перераспределяется просто. Реально же она конечно распределяется не только между данными пятью электронами. Какая-то ее часть забирается или передается ближайшим соседям и более удаленным атомам. Ведь происходит обобществление электронов. Электроны в кристале принадлежат всем его атомам сразу. То есть вероятность обнаружения электрона около различных атомов одна и таже. Это следствие перекрытия волновых функций. Для чужеродных атомов (атома примеси) вероятность обнаружения электрона может оказаться больше, чем для родного атома. Это соответствует большей энергии связи и следовательно эти четыре электрона находятся в валентной зоне. Наоборот, если вероятность понижается, то энергетический уровень этих четырех электронов может оказаться выше потолка валентной зоны.

Если подходить строго к задаче, то введение одного атома примеси в кристалл меняет волновые функции всех электронов кристалла. То есть зонная структура всей новой системы (кристалл + примесь) нужно пересчитать заново.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100