запрещенная зона

ЗАПРЕЩЕННАЯ ЗОНА - область значений энергии в спектре идеального кристалла, к-рую не могут иметь электроны, фононы ,а также нек-рые другие квази-частицы. Вместо 3. з. часто говорят о щели в энергетич. спектре (см., напр., Сверхпроводники ).3. з. отделяют одну разрешённую зону от другой (см. Зонная теория ).Наибольшее значение имеет 3. з. в электронном спектре кристалла, расположенная между зоной проводимости и валентной зоной, т. к. её величина E_g определяет электрич. и оптич. свойства кристалла (именно её обычно указывают в справочниках). В зависимости от природы материала E_g меняется в широких пределах - от 7 эВ у кварца до 0 у т. н. бесщелевых полупроводников и отрицат. величины у полуметаллов (перекрытие валентной зоны и зоны проводимости). Вещества с E_g>3 эВ относят к диэлектрикам, вещества с E_g<3 эВ - к полупроводникам. Ширина 3. з. определяет концентрацию собств. носителей заряда и, следовательно, собств. проводимость проводника, а также наименьшую частоту света, при к-рой начинается собств. поглощение в полупроводниках (край собств. поглощения). Поэтому температурная зависимость электропроводности полупроводника и его спектр поглощения дают информацию о ширине 3. з. Значения E_g, полученные этими методами (термическая и оптическая ширины 3. з.), иногда не совпадают. В ионных кристаллах изменение электронных состояний вызывает значит. смещения ионов решётки, перестройка решётки сопровождается возвратом части энергии, затраченной на электронный переход. Этот процесс возврата требует времени, значительно превосходящего длительность акта поглощения. Поэтому на переход электрона из валентной зоны в зону проводимости под действием света будет затрачена энергия, соответствующая неизменной конфигурации решётки, а затем избыток энергии "возвратится" в виде тепловых колебаний решётки. В случае термич. ионизации атома решётки эти процессы могут происходить одновременно или в обратном порядке, т. е. тепловое движение сначала создаёт благоприятную конфигурацию атомов, а затем совершается электронный переход. В результате оптич. ширина 3. з. может быть больше термической. При нарушении идеальной периодичности кристалла из-за наличия примесей и дефектов в 3. з. появляются разрешённые энергетич. состояния в виде локальных уровней. В теории неупорядоченных систем используется обобщённое определение 3. з. как области энергии, в к-рой плотность состояний либо равна 0, либо отлична от 0 лишь в отд. точках, где она имеет особенности типа дельта-функции, (этим точкам отвечают дискретные уровни, т. е. локализованные электронные состояния). Определяемую таким образом 3. з. называют также щелью подвижности (см. также Аморфные и стеклообразные полупроводники). Лит.: Стильбанс Л., Физика полупроводников, М., 1967;Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1978; Электронная теория неупорядоченных полупроводников, М., 1981. Э. М. Эпштейн.

   <<      Предметный указатель      >>