Nivelul de temperatură al conductivității electrice a metalelor. Conductivitate electrică versus temperatură Conductivitate la temperatură

Yak a fost destinat în La sfarsitul zilei, Pe măsură ce temperatura crește, conductorul va experimenta mai multe întârzieri curgerea liberă a sarcinii electrice– electroni în zona de conducere și electroni în zona de valență. Deoarece câmpul electric extern este zilnic, sunt transportate un număr de particule încărcate caracter haoticȘi fluxul prin orice secțiune transversală a expresiei este egal cu zero. Fluiditatea medie a particulelor - așa-numita. „fluiditatea termică” poate fi exprimată folosind aceeași formulă ca fluiditatea termică medie a moleculelor unui gaz ideal

de k- postul Boltzmann; m-Masa efectivă de electronice sau piese.

Când câmpul electric extern este stagnant, un semnal este trimis conductorului, "Dreifova" componenta de fluiditate - De-a lungul câmpului lângă drumuri, peste câmp - lângă electronică, atunci. Fluid electric s-a scurs prin ochi. Grosimea fluxului j se dezvoltă din punctele forte ale „electronicului” j nși „dirochnogo” j p strumiv:

de n, p- concentrația de electroni și particule libere; υ n , υ p- Viteza de deriva a nasului de incarcare.

Aici este important să rețineți că, dacă doriți să încărcați electronul și dirk - partea din spatele semnului, precum și vectorii fluidelor de deriva în direcția părții proximale, astfel încât fluxul total să fie de fapt suma modulele electronice și dik strum.

Este evident că e mișto υ n і υ p ei înșiși se află sub câmpul electric extern (în cea mai simplă formă - liniar). Am introdus coeficienți de proporționalitate μ nі μ p, așa cum numesc ei „rukhomy” nasul se încarcă

Și să rescriem formula 2 să arate astfel:

j = en n E+ep p E= n E+ p E= E.(4)

Aici  - conductivitatea electrică a conductorului, și  n і  p- Acestea sunt depozite electronice și fizice, evident.

Este evident din (4) că conductivitatea electrică a conductorului este determinată de concentrațiile de purtători de sarcină mari în fiecare dintre fragilitatea sa. Acest lucru va fi valabil și pentru conductivitatea electrică a metalelor. Ale in metale concentrația de electroni este foarte mare
și păstrați la temperatura ochilor. Relaxare electroni în metale schimbări cu temperatura Acest lucru se datorează unei creșteri a numărului de electroni care se ciocnesc cu ciocnirile termice ale oxizilor cristalini, ceea ce duce la o modificare a conductibilității electrice a metalelor din cauza creșterii temperaturii. U Televiziune de știri iar contribuția principală la temperatură și conductivitate electrică este redusă depozitare in functie de temperatura si concentratie Nasuri la conducere.

Să aruncăm o privire asupra procesului de activare termică ( generaţie) electroni din banda de valență a conductorului în banda de conducție. Vreau energia medie a coliziunii termice a atomilor de cristal
De exemplu, la o temperatură a camerei de numai 0,04 eV, care este mult mai mică decât lățimea zonei ecranate a majorității conductoarelor dintre atomii cristalului, vor exista astfel de energie, a căror energie poate fi egalată cu g. Când energia este transferată de la acești atomi la electroni, ei rămân în zona de conducere. Numărul de electroni în intervalul de energie de la ε la ε + dε zone de conductivitate pot fi scrise ca:

de
- Puterea nivelurilor de energie (6);

- nivelul densitatii populatiei cu energie ε electron ( Funcția de subdiviziune Fermi). (7)

În formula (7) simbolul F desemnat sov. rubarbă de fermă. Metalele au rubarbă Fermi - rămânând ocupat cu electronii rubarba la temperatura zero absolut (div. Introducere). Adevărat, f(ε ) = 1 la ε < Fі f(ε ) = 0 la ε > F (Fig.1).

Fig.1. Rozpodil Fermi-Dirak; adesea la o temperatură de zero absolut și se „dizolvă” la temperaturi terminale.

La conducători, După cum ne face plăcere să auzim, este de așteptat ca zelul lui Fermi să se întâlnească lângă zona împrejmuită, tobto. na nomu nomozhe buti elektron. Cu toate acestea, în conductoarele la T = 0, toate stațiile care se află mai jos decât nivelul Fermi sunt umplute, iar cele care sunt mai sus decât nivelul Fermi sunt goale. Dincolo de temperatura finală, nivelul populației de electroni cu energie ε > F nu mai este egal cu zero. Deși concentrația de electroni în zona de conductivitate a conductorului este încă mult mai mică decât numărul de surse mari de energie din zonă, atunci.
. Todi în semnul (7) poate fi marcat cu unul și funcția de împărțire poate fi scrisă în vecinul „clasic”:

. (8)

Concentrația de electroni în zona de conductivitate poate fi calculată prin integrarea (5) peste zona de conductivitate din partea de jos - E 1 în partea de sus - E 2 :

În integrala (9), partea de jos a zonei de conductivitate este considerată zero, iar limita superioară este înlocuită cu
printr-o modificare a multiplicatorului exponenţial datorită creşterii energiei.

După calcularea integralei, putem elimina:

. (10)

Calculul concentrației de oxizi la banda de valență este dat de:

. (11)

Pentru dirijor, nu există nicio casă în apropierea depozitului, așa-zis. Vlasny conductor, concentrația de electroni în zona de conductivitate este responsabilă pentru concentrația diodelor în zona de valență ( mintea electroneutrității). (Este semnificativ faptul că natura nu are astfel de conductori, dar la temperaturi și concentrații scăzute, casele pot fi alimentate cu un aflux al celor rămase la mila conductorului). Același, egal cu (10) și (11), este eliminat pentru nivelul Fermei din distribuitorul de umiditate:

. (12)

Tobto. la temperatura zero absolut Fermi Vlasny desigur în mijlocul zonei împrejmuite,і trec pe lângă mijlocul zonei împrejmuite la temperaturi nu prea mari, șprot schimbareîncepe să sune la b_k zone de conductivitate(masa efectivă a particulelor este, de regulă, mai mare decât masa efectivă a electronilor (div. Introducere). Acum, înlocuind (12) în (10), pentru concentrația de electroni scadem:

. (13)

O relație similară apare pentru concentrația de lemn:

. (14)

Formulele (13) și (14) cu suficientă precizie permit determinarea concentrației purtătorilor de sarcină în la dirijorul puternic. Se numesc valorile concentrației calculate pentru aceste relații puternic concentratii. De exemplu, pentru germaniu Ge, siliciu Si și arseniură de galiu GaAs la T=300 K mirosul devine consistent. În practică, pentru pregătirea dispozitivelor conductoare, conductoare cu concentrații semnificativ mai mari de purtători de sarcină (
). Cu cât concentrația nasurilor este mai mare, egalată cu umiditatea, se datorează administrării navigatorului case electrice active(Încă vorbesc despre așa-zisa amfoter Gospodăriile introduse de un furnizor nu modifică concentrația nasurilor la o persoană). În funcție de valență și de raza ionică (covalentă), atomii de origine pot fi incluși diferit în elementele cristaline ale conductorului. Unele dintre ele pot înlocui atomul discursului principal la vuzli grati - case substituţie Este important ca alții să crească la interuniversitari grati - case vprovadzhennya. Diversitatea și afluxul puterii conductorului.

Este acceptabil ca într-un cristal cu atomi de siliciu aproape de valență, unii dintre atomii de Si să fie înlocuiți cu atomi ai unui element pentavalent, de exemplu, atomii de fosfor R. Majoritatea electronilor de valență ai atomului de fosfor formează o legătură covalentă cu cel mai apropiat atomi de siliciu. Al cincilea electron de valență al atomului de fosfor va fi legat de peria ionică Interacțiunea Coulomb.În general, această pereche cu ionul de fosfor cu sarcina +e și interacțiunea coulombică a electronului asociat cu acesta este un atom de apă previzibil, motiv pentru care astfel de case sunt numite și asemănător cu hidrogenul căsuțe. Interacțiunea Coulomb Cristalul va avea un sens slăbit prin polarizare electrică în ionii extra-casnici ai atomilor vecini. Energia de ionizare un astfel de centru de domiciliu poate fi estimat folosind următoarea formulă:

, (15)

de - Primul potențial de ionizare pentru atomul de apă este de 13,5 eV;

χ – penetrarea dielectrică a cristalului ( χ =12 pentru siliciu).

Înlocuind în (15) valorile și valorile masei efective a electronilor din siliciu - m n = 0,26 m 0 este luat pentru energia de ionizare a atomului de fosfor din rețeaua cristalină a siliciului ε eu = 0,024 eV, care este semnificativ mai mic decât lățimea zonei ecranate și generează mai puțin decât energia termică medie a atomilor la temperatura camerei. Aceasta înseamnă, în primul rând, că atomii casnici sunt mult mai ușor de ionizat decât atomii vorbirii principale și, cu alte cuvinte, la temperatura camerei, acești atomi casnici vor fi ionizați. Apariția în zona de conductivitate a conductorului de electroni care au trecut de acolo Domishkovykh Rivniv, nu are legătură cu deschiderea găurii în zona de valență. Prin urmare concentrarea nasuri principale concentrația de electroni într-o particulă dată poate fi crescută cu câteva ordine de mărime nasuri non-principale- Darok. Se numesc astfel de transportatori electronic sau prin operatori telefonici n -Ca, iar casele care notifică emiţătorul de conductivitate electronică se numesc donatori. Dacă siliciul cristalin introduce o casă de atomi a unui element trivalent, de exemplu, borul B, atunci una dintre legăturile covalente ale atomului casei cu atomii vasului se pierde în siliciu. neterminat.Îngroparea acestei legături a unui electron de la unul dintre atomii de siliciu învecinați va duce, deci, la apariția unei găuri la banda de valență. Cristalul trebuie să fie atent la conductivitate (conductor p -Ca). Casele care mănâncă electroni se numesc acceptori. Pe diagrama energetică a conductorului (Fig. 2), rubarba donor este situată sub partea inferioară a zonei de conductivitate cu cantitatea de energie de ionizare a donorului, iar rubarba acceptor este situată deasupra fundului benzii de valență de energie. onizarea acceptorului. Pentru donatorii și acceptorii de apă, cum ar fi cei din elementele de siliciu din grupele V și III ale tabelului periodic Mendelev, energiile de ionizare sunt aproximativ egale.

Fig.2. Diagramele energetice ale emițătoarelor electronice (pentru stânga) și manuale (pe dreapta). Este afișată poziția nivelurilor Fermi pentru temperaturi apropiate de zero absolut.

Calcularea concentrației de sarcină purtătoare în conductor cu reglementarea sistemelor electronice de acasă nu este ușor de realizat și soluțiile analitice pot fi evitate în multe cazuri.

Să aruncăm o privire la conductorul de tip n când temperatura, suficient scăzut.Și aici poți profita de abilitățile tale. Toți electronii din zona de conductivitate a unui astfel de conductor sunt electroni care au trecut acolo de la nivelurile donatoare:

. (16)

Aici
- Concentratia atomilor donatori;

- Numărul de electroni care s-au pierdut la locurile donatoare :

. (17)

Din punctul de vedere (10) și (17) nivelul 16 notăm:

. (18)

Virishyuchi tse kvadratne rіvnyannya shodo
, anulabil

Să ne uităm la soluția pentru temperaturi foarte scăzute (în practică, temperaturi medii în jur de zeci de grade Kelvin), dacă cealaltă adăugare sub semnul rădăcinii pătrate este mai mult de unul. Nu prea bine la single, hai să o luăm:

, (20)

tobto. pentru temperaturi scăzute, rave-ul fermei crește aproximativ la mijloc între rave-ul donator și fundul zonei de conductivitate (la T = 0K – exact la mijloc). Prin înlocuirea (20) cu formula pentru concentrația de electroni (10), putem observa că concentrația de electroni crește cu temperatura urmând o lege exponențială

. (21)

Vitrina expozantului
indică faptul că într-un interval de temperatură dat concentrația de electroni crește exponențial Ionizarea caselor donatoare

Pentru temperaturi mai ridicate - pentru așa ceva, dacă conductivitatea umidității este încă nesemnificativă, dar mintea este redusă
, cealaltă adaos sub rădăcină va fi mai mică de unu și relație vikoristică

+…., (22)

Poziția nivelului Fermi este eliminată

, (23)

și pentru concentrația de electroni

. (24)

Toți donatorii sunt deja ionizați, concentrația atomilor din apropierea zonei de conductivitate este aceeași cu concentrația atomilor donatori - acesta este așa-numitul. zona interiorului casei. La temperaturi mai ridicate are loc o deviere intensă din zona de conducere a electronilor din banda de valență (ionizarea atomilor substanței principale) și concentrația purtătorilor de sarcină începe din nou să crească urmând legea exponențială (13), caracteristică pentru zone cu conductivitate la umiditate. Cum se dezvăluie gradul de concentrare a electronilor în funcție de temperatură în coordonate
, se poate observa o linie laman, care este formată din trei secțiuni, corespunzătoare intervalelor de temperatură mai mari (Fig. 3).

R IS.3. Nivelul de temperatură al concentrației de electroni într-un tip conductor.

Relații similare, până la un multiplicator, se obțin la calcularea concentrației de oxizi într-un conductor de tip p.

La concentrații foarte mari ale casei (~10 18 -10 20 cm -3), conductorul se transformă în așa-numitul. virogenă moara. Casele satului sunt sfărâmate în zona casei, care se poate suprapune adesea cu zona de conductivitate (în conductorii electronici) sau cu banda de valență (în dielectrici). În care concentrația de sarcină de sarcină încetează de fapt să se situeze la temperaturi până la temperaturi foarte ridicate, atunci. conductorul este condus ca metalul ( conductivitate cvasimetalic). Rubarba Fermi din conductorii degenerați va fi fie foarte aproape de marginea zonei conductorului, fie conductorii se vor afla în mijlocul zonei de energie admisă, astfel încât diagrama zonei a unui astfel de conductor va fi similară cu zona d Igram metal (div. Fig. 2a Introducere). Pentru a crește concentrația sarcinii în astfel de conductori, funcția subsecțiunii urmei este preluată asupra vederii (8), pe măsură ce sistemul a funcționat, și a funcției cuantice (7). Integrala (9) în acest caz se calculează folosind metode numerice și se numește Fermi-Dirac integral Tabele de integrale Fermi-Dirac pentru valori induse, de exemplu, în monografia lui L.S. Stilbans.

La
Etapa de generare a gazului electronic (murdar) al podelei este ridicată, astfel încât concentrația duzelor să nu se situeze la o temperatură până la temperatura de topire a conductorului. Astfel de „fecioare” de transmițătoare sunt folosite în producția de dispozitive electronice joase, printre unele dintre cele mai importante. Laser de injecție și diode tunel.

Cântând, deși de dimensiuni mai mici, se introduce temperatura conductibilității electrice nivelul de friabilitate al temperaturii Nasuri la conducere. Looseness, sensul „macroscopic” dat de noi în (3), poate fi exprimat prin parametrii „microscopici” – masa efectivă o oră de relaxare la impuls – oră medie de rulare liberă a unui electron (gaură) între două ultime opriri cu defecte la monturile de cristal:

, (25)

iar conductivitatea electrică cu relația dintre (4) și (25) se va scrie astfel:

. (26)

defecte de iac - Centrele Rossiyuvannya Pot apărea daune termice ale suporturilor cristaline – acustice și optice phononi(div. manual metodologic „Structură și dinamică...”), atomii casei– zone atomice ionizate și neutre ale cristalului – luxaţii, suprafaţă Krystal că între boabeîn policristale etc. Procesul în sine de disecție a acuzației pe defecte poate fi încărcat cu arcі non-primavara -în prima fază nu există nicio modificare a cvasi-impulsului electron (dirk); într-un alt mod – o schimbare atât a cvasi-impulsului, cât și a energiei piesei. Ca procesul de dispersare a sarcinii pe defectele rețelei - arc, acea oră de relaxare a impulsului poate fi reprezentată de apariția conținutului static în energia secțiunii:
. Deci, pentru cele mai importante tipuri de disipare prin arc a electronilor pe fononii acustici și ionii casei.

(27)

і
. (28)

Aici
- cantități care nu stau în energie;
- Concentrare ionizat casa de orice tip.

Timpul mediu de relaxare se bazează pe următoarea formulă:

;
. (29)

Respingem regulile (25)-(29):

. (30)

Deoarece, în orice interval de temperatură, contribuția la slăbirea nasurilor, care este atribuită diferitelor mecanisme de disipare, poate fi echivalată prin valoare, atunci slăbirea este măsurată prin formula:

, (31)

de index i Corespunde mecanismului de cantare al dispersiei: pe centrele casei, fononi acustici, fononi optici etc.

Nivelul tipic de fragilitate al electronilor (cadrelor) din conductor în funcție de temperatură este prezentat în Fig. 4.

Fig.4. Reținere tipică în funcție de temperatura friabilității nasului la sarcina conductorului.

La foarte jos temperaturi (în zona zero absolut) casele nu sunt încă ionizate, dizolvarea se efectuează la neutru centrele de acasă și fragilitatea este practică nu minti jos tip de temperatură (Fig. 4, panoul a-b). Pe măsură ce temperatura crește, concentrația de compuși ionizați crește conform unei legi exponențiale, iar afânarea cade zgіdno (30) – dilyanka b-v. În zona interiorul casei concentraţia centrilor ionizaţi ai casei nu se modifică, iar friabilitatea creşte, ca
(Fig. 4, c-d). Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, dispersia pe fononii acustici și optici începe să devină mai importantă și friabilitatea scade din nou (g-d).

Intervalul de temperatură al slăbiciunii este important - o funcție statică a temperaturii, iar intervalul de temperatură al concentrației este exponențial, astfel încât variația de temperatură a conductibilității electrice în orezul principal este un interval de temperatură repetabil al concentrației sarcinii. Acest lucru face posibilă determinarea cu precizie, pe baza temperaturii și conductivității electrice, a celui mai important parametru al conductorului - lățimea zonei sale protejate, care este destinată să fie produsă în acest robot.

Pentru încărcătoarele cu o singură sarcină, conductivitatea electrică γ este determinată de

de n - Concentrația purtătorilor de taxe libere, m -3; q este valoarea încărcăturii pielii; μ − viteza de transport a sarcinii, care este egală cu viteza medie de transport a sarcinii (υ) până la intensitatea câmpului (E): υ/E, m 2 /(B∙c).

Temperatura concentratiei nasurilor este prezentata pentru cel mic 5.3.

În zona temperaturilor scăzute, terenul dintre punctele a și b caracterizează concentrația de plante, numite case. Odată cu creșterea temperaturilor, numărul de nasuri furnizate de case crește, până la epuizarea resurselor electronice ale atomilor casei (punctul b). La locul casei b-v, este deja vizibilă, iar tranziția electronilor de la conductorul principal prin zona ecranată este încă vizibilă. Secțiunea curbei cu o concentrație constantă de purtători de sarcină se numește zona casei goale. În continuare, temperatura crește, ceea ce începe să crească concentrația de particule datorită trecerii electronilor prin zona ecranată (diviziunea v-g). Înălțimea parcelei caracterizează lățimea zonei împrejmuite a umpluturii (tangenta marginii dă valoarea ΔW). Nahila complotează a-b să se afle sub energia ionizării caselor ΔW p.

Mic 5.3. Concentrația tipică a concentrației de sarcină

la temperatura furnizorului

Micuțul 5.4 arată nivelul de temperatură al friabilității sarcinii nasului pentru conductor.

Mic 5.4. Nivelul de temperatură al friabilității nasului

sarcina in conductor

Fluiditatea crescută a sarcinii de uzură cu rulare liberă cu schimbările de temperatură se explică prin faptul că, cu cât temperatura este mai mare, cu atât fluiditatea termică a sarcinii de uzură cu rulare liberă este mai mare. Cu toate acestea, odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, oscilația termică a bavurilor și a purtătorului de sarcină încep să se lipească de ea din ce în ce mai des, iar friabilitatea scade.

Pentru cel mic 5.5 este prezentat nivelul de temperatura al sursei de alimentare pentru conductor. Această capacitate de stocare este pliabilă, deoarece conductivitatea electrică depinde de fragilitatea și numărul de nasuri:

În secțiunea AB, creșterea conductibilității electrice a animalului de companie din cauza temperaturilor crescute este determinată de casă (în spatele efectului direct asupra acestei secțiuni este indicată energia de activare a casei W p). La sfârșitul perioadei BV, are loc saturația, deoarece capacitatea nasurilor nu crește, iar conductivitatea scade din cauza unei modificări a friabilității nasurilor încărcăturii. În contextul VG, creșterea conductivității se datorează unei creșteri a numărului de electroni ai conductorului principal, care se varsă în zona ecranată. În funcție de înălțime, linia dreaptă indică lățimea zonei împrejmuite a conductei principale. Pentru rupturi din apropiere, puteți utiliza rapid formula

Unde lățimea zonei împrejmuite W este calculată ca eB.

Mic 5.5. Domeniul de temperatură al conductivității electrice a materiei prime

pentru un director de telefon

Robotul de laborator monitorizează conductorul de siliciu.

Siliciu, Ca și Germania, este inclusă în grupa IV a tabelului D.I. Mendelev. Este unul dintre cele mai abundente elemente din scoarța terestră, reprezentând aproximativ 29%. Cu toate acestea, în natură, venele nu converg.

Siliciul tehnic (aproximativ o sută de case), care este extras din dioxid (SiO 2 ) într-o descărcare electrică între electrozii de grafit, este utilizat pe scară largă în metalurgia feroasă ca element de aliere (de exemplu, oțelul electric). Siliciul tehnic ca conductor de vicor nu poate. Vinul este produsul de ieșire pentru producerea de siliciu cu puritatea conductorului, în locul căruia poate fi mai mic de 10 -6%.

Tehnologia de stripare a siliciului de puritatea conductorului este foarte complexă și include o serie de etape. Purificarea finală cu siliciu poate fi formată folosind metoda de topire a zonei, ceea ce ridică o serie de dificultăți, deoarece temperatura de topire a siliciului este foarte ridicată (1414 ° C).

Siliciul este principalul material pentru producerea dispozitivelor conductoare: diode, tranzistoare, diode zener, tiristoare etc. La siliciu, limita superioară a temperaturii de funcționare a dispozitivelor poate fi setată la o etapă de purificare a materialului de 120-200 de grade, care este semnificativ mai mare decât în Germania.

Conductorii sunt materiale a căror principală caracteristică este furnizarea de conductivitate electrică din intrările externe de energie, precum și concentrația și tipul casei.

Importanța clară a autorităților transportatorilor aerieni și pro-
Purtătorii de apă sunt identificați după tipul legăturilor lor chimice. În metale, electronii de valență ai atomilor de oxizi cristalini sunt parțial un grup de purtători de sarcină egali, numiti gaz de electroni (legatură metalică). Numărul de nasuri
corpuri de sarcină, care indică numărul de atomi pe unitate
Nu există informații despre oratele cristaline. Este imposibil să se modifice semnificativ această concentrație de purtători în sarcină prin afluxul de factori externi (temperatură, modificări, treburile casnice introduse, deformarea etc.). Luați în considerare toate caracteristicile conductivității conductoarelor: coeficientul de temperatură pozitiv al sursei de alimentare, independența concentrației purtătorilor de sarcină în casă la porți, conductivitate etc.

În conductori, toți electronii de valență ai atomilor iau parte la crearea unei legături chimice saturate covalente (sau ion-covalente). În cazul cristalelor conductoare, nu este nevoie de o încărcare cvasi-puternică, care se datorează influenței directe a factorului extern, astfel încât la o temperatură de zero absolut conductorul nu are nicio conductivitate electrică. Valoarea legăturii covalente (ionic-covalente) (energia de legătură) indică lățimea zonei ecranate a conductorului. La temperaturi sub 0 K, unii dintre purtătorii de sarcină, hidratați de energia termică, pot crea o legătură chimică pentru a crea un număr egal de electroni în zona de conductivitate.Irok este aproape de banda de valență. sarcina concentrării lor este atribuită relaţiei

unde eu - Rezistența efectivă a îmbinărilor este direcționată de la partea de jos a zonei de conductivitate până la tavanul zonei libere.

Pentru a controla tipul de conductivitate electrică și valorile de conductivitate ale conductorului la locul rețelei cristaline, introduceți la o concentrație scăzută a casei cu valență,
variază pe latura mai mare sau mai mică în funcție de valența atomilor principali ai conductorului. Astfel de case din zona de barieră a conductorului sunt indicate prin niveluri suplimentare de energie: donator - lângă partea de jos a zonei de conductivitate și acceptor - lângă partea de jos a zonei de valență. Energia necesară pentru generarea termică a purtătorilor de sarcină, formarea prezenței caselor (energia de ionizare a caselor) este de 50-100 de ori mai mică decât lățimea zonei protejate:

Procesul de termogenerare a nasurilor de casă este, de asemenea, destul de simplu și este descris de formule

de - concentrarea caselor donatoare și - case acceptoare În timp ce temperatura este scăzută, nu toate casele sunt ionizate, iar concentrația gazdelor este determinată de formulele (4). Totuși, în episoadele tipice, chiar și la o temperatură semnificativ mai mică decât temperatura camerei (aproape de -60 0 C), toate componentele sunt ionizate și la încălzirea ulterioară concentrația nu se modifică și rămâne aceeași cu concentrația componentelor introduse. (atomul kokhen al casei „dav” o încărcare la un moment dat. Prin urmare, în orice interval de temperatură, concentrația nasului practic nu se află sub temperatură (regiune IIîn fig. 4). Cu toate acestea, la o creștere semnificativă a temperaturii (pentru siliciu, de exemplu, aproape de 120 0 C), defalcarea legăturilor de umiditate începe în spatele mecanismului reprezentat de formula (3) și concentrația de purtători de sarcină începe să crească brusc. Aruncă o privire la ilustrația din Fig. 4, pe orice reprezentare a intervalului de temperatură, concentrația purtătorilor de sarcină este pe o scară aproape logaritmică în raport cu temperatura de retur (semnificația unei astfel de scale devine evidentă după logaritmul expresiilor (3) și (4)).

Aici - temperatura interiorului casei - temperatura tranziției la conductibilitatea umidității. Formule pentru curse

Mic 4. Nivelul de temperatură al concentrației principalilor purtători ai sarcinii în conductorul casei n- Ca. eu- zona de ionizare slabă a casei (conductivitatea electrică a casei) (); II- zona interiorului casei (); III- Zona de conductivitate a umidității ().

După ce s-au făcut prieteni, temperaturile au scăzut. În zona .III Generarea purtătorilor de sarcină este în concordanță cu formula (3). La temperaturi mai scăzute acest proces este și mai mic și, prin urmare, în zonă .I Generarea nasurilor este indicată prin formula (4). Pe măsură ce decurge din expresiile (3) și (4), cu cât este mai mare, cu atât este mai mare lățimea zonei ecranate a conductorului și cu atât mai mare, cu atât este mai mare energia de ionizare a donatorilor (acceptorilor). Vakhovuyuchi scho, laic, scho >.

Purtătorii de sarcină aproape puternici (electronice și dirs), alimentați de energie termică medie, produc un colaps haotic cu fluiditate termică. , este important să se respecte acțiunea aplicată. Datorită acțiunii exterioare a câmpului electric, este cauzată îndreptarea purtătorilor de sarcină - deriva. La ce grosime a curentului în derivă

de – conductivitatea electrică, – concentrația purtătorilor de sarcină, – fluiditatea fluxului direct sub influența tensiunii câmpului electric extern E.

De regulă, dacă se aplică legea lui Ohm, E - nu dirijați sarcina fără a-i schimba energia (câmpuri slabe). În acest fel, fluiditatea curgerii nasurilor de sarcină este lipsită de egalitate, iar fluiditatea derivării, care caracterizează eficacitatea fluxului direct al sarcinii sarcinii, constă în faptul că există un respect puternic. pentru curgerea defectelor din materialul cristalin.si decide. Parametrul care caracterizează eficiența unui purtător de sarcină directă se numește ruddability:

Evident, există mai multe defecte în rețeaua cristalină care participă la încărcarea rusă, apoi mai puține. În considerare, înțelegeți modificarea cvasi-pulsului fluxului direct al sarcinii, cauzată de afluxul de defecte. În plus, fragmentele din cristal sunt întotdeauna prezente în diferite tipuri de defecte (vibrația termică a atomilor, caselor etc.), apoi fragilitatea sarcinii este „controlată” de cel mai eficient mecanism de dizolvare:

unde m Σ este slăbirea rezultată a sarcinii în conductor; m i - slăbiciune, echipat i mecanism de dizolvare. Deci, de exemplu, în regiunea temperaturilor ridicate m Σ este controlat de contribuția vibrațiilor termice ale rețelei și se modifică odată cu creșterea temperaturii. În zona temperaturilor scăzute, dacă depozitele de dispersie de granat în m Σ sunt mici, purtând o sarcină care durează puțin, ele se regăsesc imediat în câmpul forțelor coulombiane (gravitație sau deplasare) ale caselor ionizate. Însuși acest mecanism de dispersie „controlează” m Σ în conductori la temperaturi scăzute. Prin urmare, slăbirea sarcinii nasului atunci când este stocată în funcție de temperatură este determinată de următoarele relații empirice:

de Aі b- Cantitati constante.

Aciditatea lnm Σ(T) în cristale de forma (7) este prezentată în Fig. 5. În această imagine, curbele 1 și 2 ilustrează faptul că concentrația de case este în creștere ( N pr1<N pr2) mă schimb? în regiunea temperaturilor scăzute, mecanismul de dispersie a glazurii în cristal rămâne neschimbat.

O bună analiză a fononilor acustici este mai importantă când T> 100 K. Dacă este o casă în zonă, dacă se poate

Mic 5. Nivelul temperaturii de friabilitate al purtătorilor de sarcină
în purtători cu diferite concentraţii ale casei. N pr1

Prin urmare, conductivitatea electrică se poate modifica din cauza temperaturii crescute din cauza modificărilor friabilității nasului m Σ ( T) prin dispersarea sarcinilor pe fononi acustici.

MESAJ PENTRU ROZRAKHUNOVO-GRAFIC

ROBOTI

CENTRUL DE ENERGIE DE STAT KAZAN

UNIVERSITATE

Departamentul de Fizică

Eseu

Adâncimea temperaturii conductivității conductorului

Vikonav: Romanov A.V. - Grupa ZES-1-04___________ (data, semnătură)

Verificat de: ____________________________________________________ (data, semnătură)

Adrese de domiciliu:

m. Yelabuga

vul. Okruzhne Shosse mugur. 35 mp 69

Data depășirii:

Kazan 2006

Conductorii sunt substanțe care oscilează la temperatura camerei și au o conductivitate electrică în intervalul de la 10 -8 până la 10 6 Ohm -1 m -1, care este foarte depusă având în vedere dimensiunea casei și structura substanței, precum și ca din minți exterioare: temperatură, iluminare, câmpuri electrice și magnetice externe, modificări. Conductivitatea electrică a solidelor în fizica modernă este explicată în termenii teoriei benzilor. În fig. Afișajele I sunt simplificate prin diagrame ale zonelor de energie ale conductorilor de umiditate, acceptor și donator.

Cristalele dirijorilor stârnesc inevitabil în mințile reale cântecul unei case terțe, ceea ce sugerează că este necesar să se îndepărteze material chiar și cu un nivel ridicat de puritate. Casele sunt, de asemenea, introduse special fie în timpul creșterii cristalelor cu metoda de îndepărtare a conductorului de la autoritățile electrice date, fie în timpul pregătirii structurilor adiacente. Astfel de conductori se numesc aliați sau în formă de casă. Atomii caselor, care diferă de atomii cristalului principal prin valență, creează cantități egale din energia admisă a electronilor în zona barieră, care pot furniza electroni zonei de conductivitate sau pot accepta electroni și din banda de valență. Vom privi acest proces de departe. Această secțiune a noastră are un model idealizat al unui conductor de apă în fiecare zi acasă. Astfel de ghiduri sunt numite puternice.

Când sunt încălzite, conductivitatea conductorilor crește brusc. Interval de temperatură de conductivitate s Purtătorul de umiditate este indicat de o modificare a concentrației nși fragilitatea electronicii m - și lemnul m + tip de temperatură:

s = e ( n - m - + n + m +) (1)

Friabilitatea purtătorilor de sarcină în conductoare se menține la o temperatură la fel de scăzută și se modifică conform legii m~T –3/2. Aceasta înseamnă că odată cu creșterea temperaturii, puterea curentului pe oră crește, drept urmare fluiditatea fluxului direct al purtătorului de sarcină către un câmp de aceeași tensiune se modifică.

Să aruncăm o privire la dirijorul donator. Datorită concentrației scăzute de electroni în conductivitatea conductorilor, conductoarele sunt ordonate după statisticile clasice Maxwell-Boltzmann. Prin urmare, în regiunea temperaturilor scăzute pentru concentrația de electroni în zona de conductivitate cu un tip de casă putem:

n = A T 3/2 e - D W / kT , (2)

unde A este un coeficient care nu se află sub T; DW este energia de activare a casei, care este intervalul de energie dintre nivelul donorului și marginea inferioară a zonei de conductivitate (Fig. Ic)K - Poziția Boltzmann.

Să aruncăm o privire la modelul de zonă simplificat al conductorului său, prezentat în Fig. 1. Acest model este utilizat în principal în viitor. În acest model, energia electronilor este pozitivă și crește de-a lungul axei ordonatelor. Energia copacilor este negativă și curge în jos. Abcisul este întotdeauna dependent de coordonatele spațiale și, de asemenea, de-a lungul acestei axe, în funcție de mințile lumii, pot fi reflectate temperatura, concentrația casei și direcția câmpului electric. Banda de valență este o zonă de conductivitate înconjurată de linii drepte, ceea ce înseamnă: E v – linia benzii de valență; E c – partea de jos a zonei de conductivitate. Energia electronului este suficientă, ceea ce înseamnă că este absorbită din banda de valență. Lățimea zonei împrejmuite se calculează ca diferență E g = E c - E v.

Să ne uităm acum la care este motivul fizic pentru schimbarea bruscă a intervalului de temperatură a conductivității conductorilor și metalelor.

Mic 1. Un model de zonă simplu al unui conductor de valență: E v – coloană de bandă de valență; E c – partea de jos a zonei de conductivitate.

E g = E c – E v – lățimea zonei împrejmuite. G - generarea perechii electron-dyk, R - recombinarea perechii electron-dyk.

Săgețile ondulate arată procesele de degradare a fotonilor și vibrații în timpul generării luminii și recombinării vibraționale în paralel.

La o temperatură T > 0, energia medie a fononului este similară (k - constanta lui Boltzmann), de exemplu, la temperatura camerei T = 300 K este similară cu 0,039 eV. Cu toate acestea, prin divizia Maxwell-Boltzmann este clar că fononul are energie Eg, care poate depăși semnificativ media, iar această certitudine este proporțională. Electronii schimbă treptat energie cu fononii în timpul procesului de închidere. Desigur, în sistemele staționare subsistemul electronic în ansamblu este în echilibru termic cu vibrațiile rețelei, iar în jurul electronicii pot genera mult mai multă energie decât media. Excitația termică a unui electron este actul de transfer de energie de la un fonon la un electron, astfel încât să se producă ruperea unei legături covalente.

Dacă un electron ia înapoi o energie mai mare sau egală cu Eg de la un fonon, se poate „arunca” din banda de valență în banda de conducție, unde devine liber și poate lua parte la sarcina transferată cu adăugarea de energie electrică externă. camp. Concomitent cu trecerea electronului la zona de conductivitate, se creează o nouă gaură în apropierea benzii de valență, care participă și la conductibilitatea electrică. Astfel, în conductorii de putere, electronii liberi și nucleele sunt generați în perechi, acest proces se numește generarea de perechi electron-miez (Fig. 1). În acest caz, are loc un proces de inversare - anihilarea reciprocă a electronilor și particulelor atunci când electronul se rotește în jurul benzii de valență. Acest proces se numește recombinare a perechilor electron-nucleu. Numărul de perechi de generare (recombinare) de purtători de sarcină într-o unitate pe oră se numește rata de generare G (recombinare - R). În creierul staționar, ratele de generare și recombinare termică sunt egale, deci G = R (1)

Este important ca generarea de perechi electron-miez poate avea loc și atunci când conductorul este condus de o frecvență luminoasă v astfel încât energia fotonului să satisfacă mintea

În timpul generării luminii, electronul estompează fotonul (Fig. 1). În timpul procesului de inversare al recombinării, energia care a fost eliberată, egală cu Eg, poate fi fie transferată de la electron înapoi la rețea (fonon), fie transportată de foton. Fononii și fotonii pot fi, de asemenea, popularizați instantaneu, sau altfel, în virtutea legii conservării, energia lor parțială este mai mică decât de ex. Când energia este transportată de un foton, procesul se numește recombinare viprominentală. Generarea luminii și recombinarea vibrațională sunt baza pentru funcționarea unei întregi clase de dispozitive conductoare optoelectronice - componentele recombinării vibraționale, pe care nu le vom putea examina în acest curs și.

În mod evident, din cauza generării termice, există tranziții rapide ale electronilor de la unul dintre nivelurile superioare ale benzii de valență, care sunt ocupate de electroni, de la unul dintre nivelurile inferioare ale zonei conductorului.fundurile, - deoarece miros, fragmentele. a unor astfel de tranziții necesită mai puțină energie. Steaua arată că rata de generare G este proporțională cu: numărul de poziții posibile de electroni ocupați N v lângă peretele benzii de valență; numărul de râuri neocupate N c în apropierea fundului zonei de conductivitate (se va lua în considerare în continuare deplasarea fizică N v și N c) și disponibilitatea energiei electronilor E g:

de, a este coeficientul de proporționalitate care se află sub frecvența conexiunii fononilor și electronilor. Pe de altă parte, rata recombinării R este proporțională cu densitatea „ascuțității” nasurilor. adăugarea concentrației de electroni n și dirok p (g - coeficient de proporționalitate):

fragmente pentru purtătorul dvs. n = p. Într-o cădere staționară există un loc de gelozie (2), atunci

Conductivitatea cristalului este (6) proporțională cu concentrația de electroni și friabilitate. După cum se poate observa din expresia (7), concentrația n într-un conductor de umiditate crește exponențial odată cu creșterea temperaturii, în timp ce conținutul de temperatură al friabilității în conductivitate joacă un rol mai puțin semnificativ. Astfel, conductivitatea conductorului de umiditate în primul rând crește odată cu temperatura conform aceleiași legi ca și concentrația de electroni și particule (până când disiparea purtătorilor de sarcină pe vibrațiile termice ale rețelei devine vizibilă). Aceasta se poate scrie:

(8)

De asemenea, din punct de vedere fenomenologic, conductivitatea conductorilor din metale arată că conductivitatea conductorilor din conductori crește rapid odată cu schimbările de temperatură. Motivul fizic pentru aceasta constă în rata crescută de generare termică a perechilor electron-nucleu din cauza creșterii temperaturii. Dacă prologarithmuvati viraz (8), atunci voi vedea

Prin urmare, dacă pe grafic trasăm lns de-a lungul axei ordonatelor și temperatura de retur de-a lungul axei abcis, o putem lua direct din panta Eg/2k, așa cum se arată în Fig. 2. Astfel, cunoscând valoarea liniei directe, puteți determina cea mai importantă caracteristică a conductorului - lățimea zonei împrejmuite. Valoarea Eg determinată în acest fel se numește lățimea termică a zonei împrejmuite, ale cărei fragmente sunt determinate și din spectrele optice de estompare ale argilei și calculul Eg, pe baza virusului (9).