Воля
Электроны изолированного атома связаны с ядром и могут иметь только различные уровни энергии. Однако, когда большое количество атомов, скажем, сближаются друг с другом, образуя твердое тело, каждый энергетический уровень изолированного атома расщепляется на N подуровней, называемых состояниями, под действием сил со стороны других атомов. в твердом. Эти допустимые энергетические состояния дискретны, но расположены так близко друг к другу, что, кажется, образуют непрерывную энергетическую зону. Между двумя последовательными допустимыми энергетическими зонами есть ряд энергетических состояний, которые не могут быть заняты электронами. Эти состояния называются запрещенными энергетическими состояниями, а их диапазон - запрещенной энергетической щелью.
Электроны на внешней оболочке атома называются валентными электронами, а энергетическая зона, занимающая эти электроны, известна как валентная зона. Очевидно, это самая высокая занимаемая полоса. Он может быть полностью или частично заполнен электронами и никогда не может быть пустым. Полоса над валентной зоной называется проводящей полосой. В проводящей зоне электроны свободно перемещаются и проводят электрический ток через твердые тела. Вот почему электроны, занимающие эту зону, известны как проводящие электроны или свободные электроны. Любой электрон, покидающий валентную зону, размещается в этой зоне. Он может быть как пустым, так и частично заполненным электронами. Полосы ниже валентной зоны обычно полностью заполнены и, как таковые, не играют никакой роли в процессе проводимости.
Таким образом, при обсуждении электропроводности мы будем рассматривать только валентную зону и зону проводимости. Изоляторы - это те материалы, в которых валентные электроны очень прочно связаны со своими атомами и не являются свободными. Что касается энергетических зон, это означает, что изолятор имеет пустую зону проводимости, полную валентную зону и большую энергетическую щель между ними.
Проводники - это те, у которых есть много свободных электронов для электропроводности. Что касается энергетических зон, это означает, что проводники - это те материалы, в которых валентная зона и зона проводимости в значительной степени перекрывают друг друга.
Чина
Согласно теории энергетических зон, энергетические уровни разделяются на множество близко расположенных уровней, которые определяют зону. Есть разные полосы, но большинство из них полностью заполнены или пусты. Два на границе между заполненным и пустым определяют поведение изоляторов, металлов и полупроводников.
При нулевой температуре уровни заполнены электронами до энергии Ферми, выше которой все уровни пусты. Если уровень Ферми находится наверху зоны, материал является изолятором, а заполненные зоны называются валентными зонами. Если этот уровень находится выше дна зоны, он описывает «зону проводимости», которая населена электронами, которые могут свободно перемещаться.