The energy spectrum of electrons in

The energy spectrum of electrons in a solid differs significantly from the energy spectrum of free electrons (which is continuous) as well as from the spectrum of electrons that belong to individual isolated atoms (which is discrete with a set of available levels); it consists of individual allowed energy bands separated by forbidden energy bands.

According to quantum-mechanical Bohr postulates, the energy of an electron can have strictly discrete values in an isolated atom (i.e. the electron may occupy one of the orbitals). In the case of a system containing several chemically bonded atoms, the electronic orbitals are split into a number in proportion to the quantity of atoms, thus forming the so-called molecular orbitals. With further growth of the system to the macroscopic level, the number of orbitals becomes exceedingly large, and the difference in energy between the electrons in the neighbouring orbitals becomes very small; thus, the energy levels form two sets of nearly continuous sets: energy bands.

The highest allowed energy band in semiconductors and insulators in which all energy states are occupied by electrons at 0 K, is called the valence band; the following band is called the conduction band. The conduction band of conductors is the highest allowed band occupied by electrons at the temperature of 0 K. It is by the relative positions of these bands that all solids are divided into the three major groups (see Fig.):

- conductors are materials in which the conduction band and the valence band are overlapped (there is no energy gap) to form a band called the conduction band (thus, the electron that receives any acceptable low energy can move freely between the bands);

- dielectrics are materials in which the bands are not overlapped and the distance between them exceeds 3 eV (an electron transfer from the valence band into the conduction band requires more power, so insulators conduct practically no electric current);

- semiconductors are materials in which the bands are not overlapped and the distance between them (the band gap) is in the range from 0.1 to 3 eV (an electron transfer from the valence band into the conduction band requires less energy than in dielectrics, so pure semiconductors conduct poorly).

The band theory is the foundation of the modern theory of solids. It led to understanding of the nature and explained the important properties of metals, semiconductors and insulators. The width of the “forbidden” band (the energy gap between the valence and conduction bands) is the key variable in the band theory; it defines the electrical and optical properties of the material. For example, in semiconductors, the conductivity can be increased by creating an allowed energy level in the band gap by doping, i.e. introducing additives into the base material to alter its physical and chemical properties. Such semiconductors are referred to as “impurity semiconductors”. This principle is used in production of all semiconductor devices: solar cells, diodes, transistors, solid-state lasers, etc. The transition of an electron from the valence band into the conduction band is called the charge carrier generation process (carriers of a negative charge are electrons and carriers of a positive charge are holes), and the reverse transition is called the recombination process.

The applicability of the band theory is limited due to the three main assumptions: a) the potential of the crystal lattice is strictly periodic; b) the interaction between the free electrons is limited to one-electron self-consistent potential (and corrections are described by means of the perturbation theory); c) the interaction with phonons is weak (and can be considered by the perturbation theory).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

คลื่นพลังงานของอิเล็กตรอนในของแข็งแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ จากคลื่นพลังงานของอิเล็กตรอนอิสระ (ซึ่งเป็นอย่างต่อเนื่อง) และ จากคลื่นของอิเล็กตรอนที่อยู่ในแต่ละแยกอะตอม (ซึ่งจะแยกกันกับชุดระดับว่าง); ประกอบด้วยพลังงานที่ได้รับอนุญาตแต่ละวงโดยวงพลังงานต้องห้าม ตามเครื่องกลควอนตัม บอร์ postulates พลังงานของอิเล็กตรอนสามารถมีค่าไม่ต่อเนื่องอย่างเคร่งครัดในการแยกอะตอม (เช่นอิเล็กตรอนอาจครอบครองหนึ่ง orbitals) ในกรณีที่ระบบ ประกอบด้วยหลายสารเคมีถูกผูกมัดอะตอม orbitals อิเล็กทรอนิกส์แบ่งจำนวนสัดปริมาณของอะตอม orbitals โมเลกุลเรียกว่าการขึ้นรูปดังนั้น ต่อการเจริญเติบโตของระบบในระดับ macroscopic จำนวน orbitals กลายเป็นใหญ่ไป และความแตกต่างของพลังงานระหว่างอิเล็กตรอนใน orbitals เพื่อนจะดีมาก ดังนั้น ระดับพลังงานแบบฟอร์มชุดสองชุดต่อเนื่องเกือบ: วงการพลังงาน เรียกว่าแถบพลังงานที่ได้รับอนุญาตสูงสุดอิเล็กทรอนิกส์และลูกถ้วยที่สถานะพลังงานทั้งหมดถูกครอบครอง โดยอิเล็กตรอนที่ 0 K วงเวเลนซ์ วงต่อไปนี้จะเรียกว่าวงการนำ วงดนตรีใช้ได้สูงสุดด้วยอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิ 0 คุณเป็นวงจึงเป็นตัวนำ เป็นตำแหน่งสัมพัทธ์ของวงเหล่านี้ที่ว่า ของแข็งทั้งหมดจะแบ่งออกเป็นกลุ่มหลักสาม (ดูฟิก): - conductors are materials in which the conduction band and the valence band are overlapped (there is no energy gap) to form a band called the conduction band (thus, the electron that receives any acceptable low energy can move freely between the bands); - dielectrics are materials in which the bands are not overlapped and the distance between them exceeds 3 eV (an electron transfer from the valence band into the conduction band requires more power, so insulators conduct practically no electric current); - semiconductors are materials in which the bands are not overlapped and the distance between them (the band gap) is in the range from 0.1 to 3 eV (an electron transfer from the valence band into the conduction band requires less energy than in dielectrics, so pure semiconductors conduct poorly). The band theory is the foundation of the modern theory of solids. It led to understanding of the nature and explained the important properties of metals, semiconductors and insulators. The width of the “forbidden” band (the energy gap between the valence and conduction bands) is the key variable in the band theory; it defines the electrical and optical properties of the material. For example, in semiconductors, the conductivity can be increased by creating an allowed energy level in the band gap by doping, i.e. introducing additives into the base material to alter its physical and chemical properties. Such semiconductors are referred to as “impurity semiconductors”. This principle is used in production of all semiconductor devices: solar cells, diodes, transistors, solid-state lasers, etc. The transition of an electron from the valence band into the conduction band is called the charge carrier generation process (carriers of a negative charge are electrons and carriers of a positive charge are holes), and the reverse transition is called the recombination process. The applicability of the band theory is limited due to the three main assumptions: a) the potential of the crystal lattice is strictly periodic; b) the interaction between the free electrons is limited to one-electron self-consistent potential (and corrections are described by means of the perturbation theory); c) the interaction with phonons is weak (and can be considered by the perturbation theory).

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สเปกตรัมพลังงานของอิเล็กตรอนในของแข็งแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากสเปกตรัมพลังงานของอิเล็กตรอนอิสระ (ซึ่งต่อเนื่อง) รวมทั้งจากสเปกตรัมของอิเล็กตรอนที่อยู่ในแต่ละแยกอะตอม (ซึ่งต่อเนื่องกับชุดของระดับใช้ได้); ประกอบด้วยบุคคลที่วงดนตรีที่ได้รับอนุญาตให้พลังงานที่แยกจากกันโดยวงดนตรีที่พลังงานที่ต้องห้าม. ตามที่ควอนตัมกลสมมุติฐาน Bohr พลังงานของอิเล็กตรอนจะมีค่าต่อเนื่องอย่างเคร่งครัดในการแยกอะตอม (เช่นอิเล็กตรอนอาจครอบครองหนึ่ง orbitals) ที่ ในกรณีของระบบที่มีอะตอมหลายผูกมัดทางเคมี orbitals อิเล็กทรอนิกส์ที่มีการแบ่งออกเป็นจำนวนตามสัดส่วนของปริมาณของอะตอมจึงสร้างโมเลกุล orbitals ที่เรียกว่า กับการเจริญเติบโตของระบบในระดับมหภาคจำนวน orbitals จะกลายเป็นขนาดใหญ่มากและความแตกต่างในการใช้พลังงานระหว่างอิเล็กตรอนในวงโคจรใกล้เคียงกลายเป็นขนาดเล็กมาก ดังนั้นระดับพลังงานในรูปแบบสองชุดชุดอย่างต่อเนื่องเกือบ: วงดนตรีพลังงาน. วงดนตรีที่ได้รับอนุญาตให้พลังงานสูงที่สุดในเซมิคอนดักเตอร์และฉนวนที่ทุกรัฐพลังงานจะถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนที่ 0 K จะเรียกว่าวงดนตรีจุ; วงต่อไปนี้จะเรียกว่าการนำวงดนตรี วงดนตรีการนำของตัวนำเป็นวงดนตรีที่ได้รับอนุญาตสูงสุดครอบครองโดยอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิ 0 เคมันเป็นตำแหน่งที่ญาติของวงดนตรีเหล่านี้ที่เป็นของแข็งทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่มหลัก (ดูรูป.) - ตัวนำเป็นวัสดุใน ซึ่งการนำวงดนตรีและวงดนตรีของความจุที่มีการซ้อนทับ (มีช่องว่างพลังงาน) ในรูปแบบวงดนตรีชื่อวงการนำ (ดังนั้นอิเล็กตรอนที่ได้รับพลังงานต่ำที่ยอมรับสามารถย้ายได้อย่างอิสระระหว่างวง) - dielectrics เป็นวัสดุที่ วงดนตรีที่จะไม่ซ้อนทับและระยะห่างระหว่างพวกเขาสูงเกินกว่า 3 eV (โอนอิเล็กตรอนจากวงดนตรีจุเข้าไปในการนำวงดนตรีต้องใช้พลังงานมากขึ้นดังนั้นฉนวนดำเนินการจริงไม่มีกระแสไฟฟ้า) - เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุในการที่วงดนตรีที่จะไม่ซ้อนทับและ ระยะห่างระหว่างพวกเขา (ช่องว่างวง) อยู่ในช่วง 0.1-3 eV (การโอนอิเล็กตรอนจากวงดนตรีจุเข้าไปในการนำวงดนตรีต้องใช้พลังงานน้อยกว่าใน dielectrics เซมิคอนดักเตอร์ที่บริสุทธิ์เพื่อให้ดำเนินการได้ไม่ดี). ทฤษฎีวงเป็นรากฐาน ของทฤษฎีใหม่ของของแข็ง มันจะนำไปสู่ความเข้าใจในธรรมชาติและอธิบายคุณสมบัติที่สำคัญของโลหะ, เซมิคอนดักเตอร์และฉนวน ความกว้างของ "ต้องห้าม" วง (ช่องว่างพลังงานระหว่างวงดนตรีจุและการนำ) เป็นตัวแปรที่สำคัญในทฤษฎีแถบนั้น จะกำหนดคุณสมบัติไฟฟ้าและแสงของวัสดุ ยกตัวอย่างเช่นในเซมิคอนดักเตอร์การนำสามารถเพิ่มขึ้นโดยการสร้างระดับพลังงานได้รับอนุญาตในช่องว่างแถบโดยยาสลบเช่นการแนะนำสารเติมแต่งเข้าไปในวัสดุฐานที่จะปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของมัน เซมิคอนดักเตอร์ดังกล่าวจะเรียกว่า "เซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์" หลักการนี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตทุกอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์: เซลล์แสงอาทิตย์ไดโอดทรานซิสเตอร์เลเซอร์ของรัฐที่มั่นคงและอื่น ๆ การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากวงจุเข้าไปในการนำวงดนตรีที่เรียกว่าผู้ให้บริการค่าใช้จ่ายกระบวนการผลิต (พาหะของเชิงลบ ค่าใช้จ่ายที่มีอิเล็กตรอนและผู้ให้บริการที่มีประจุบวกหลุม) และการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับที่เรียกว่ากระบวนการรวมตัวกันอีกได้. การบังคับใช้ของทฤษฎีแถบจะถูก จำกัด เนื่องจากสามสมมติฐานหลักก) ศักยภาพของผลึกตาข่ายเป็นระยะ ๆ อย่างเคร่งครัด ข) การปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนอิสระจะ จำกัด เพียงหนึ่งอิเล็กตรอนที่อาจเกิดขึ้นด้วยตนเองที่สอดคล้องกัน (และการแก้ไขจะมีการอธิบายโดยวิธีการของทฤษฎีการก่อกวน); ค) การมีปฏิสัมพันธ์กับโฟนันส์จะอ่อนแอ (และได้รับการพิจารณาจากทฤษฎีการก่อกวน)

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

สเปกตรัมพลังงานของอิเล็กตรอนในของแข็งที่แตกต่างอย่างมากจากสเปกตรัมพลังงานของอิเล็กตรอนอิสระ ( ซึ่งเป็นอย่างต่อเนื่อง ) รวมทั้งจากสเปกตรัมของอิเล็กตรอนที่อยู่ในแต่ละแยกอะตอม ( ซึ่งเป็นแบบไม่ต่อเนื่องด้วยชุดของระดับของ ) ; มันประกอบด้วยบุคคลรับอนุญาตพลังงานแถบคั่นด้วยแถบพลังงานต้องห้าม

ตามสมมุติฐานควอนตัมโบร์เครื่องจักรกล พลังงานของอิเล็กตรอนจะมีค่าอย่างเคร่งครัดต่อเนื่องในแยกอะตอม ( เช่นอิเล็กตรอนอาจครอบครองหนึ่งในวงโคจร ) ในกรณีของระบบที่ประกอบด้วยหลายวิธีผูกมัดออร์บิทัลเชิงอะตอม , อิเล็กทรอนิกส์แบ่งออกเป็นตัวเลขสัดส่วนกับปริมาณของอะตอมจึงสร้างสิ่งที่เรียกว่าออร์บิทัลเชิงโมเลกุล .กับการเจริญเติบโตต่อไปของระบบในระดับที่มองเห็นด้วยตาเปล่า จํานวนวงโคจรกลายเป็นอย่างยิ่งใหญ่ และความแตกต่างของพลังงานระหว่างอิเล็กตรอนในออร์บิทัลเชิงเพื่อนบ้านกลายเป็นขนาดเล็กมาก ดังนั้น ระดับของพลังงานรูปแบบสองชุดชุดเกือบต่อเนื่อง : แถบพลังงาน

สูงสุดที่อนุญาตให้แถบพลังงานในสารกึ่งตัวนำและฉนวนที่สหรัฐอเมริกา พลังงานทั้งหมดจะถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนที่ 0 K , เรียกว่า เวเลนซ์แบนด์ ; วงต่อไปนี้เรียกว่านำวงดนตรี . โดยนำวงดนตรีของตัวนำจะสูงสุดอนุญาตให้วงดนตรีที่ถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิ 0 เคลวินมันเป็นโดยเทียบตำแหน่งของแถบเหล่านี้ทั้งหมดของแข็งแบ่งเป็นสามกลุ่มใหญ่ ( ดูภาพประกอบ ) :

- คอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่นำวงดนตรีและวงดนตรีจะคาบเกี่ยวกัน 2 ( ไม่มีช่องว่างพลังงาน ) ในรูปแบบวง เรียกว่า นำวงดนตรี ( ดังนั้นอิเล็กตรอนได้รับพลังงานที่ ใด ๆระดับที่ยอมรับได้สามารถย้ายได้อย่างอิสระระหว่างวง )

;- ชนิดเป็นวัสดุที่แถบจะไม่ทับซ้อนกัน และระยะห่างระหว่างพวกเขาเกิน 3 EV ( อิเล็กตรอนโอนจาก 2 วงเป็นนำวงดนตรีต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อให้บริษัทดำเนินการจริงไม่มีกระแสไฟฟ้า ) ;

- สารกึ่งตัวนำเป็นวัสดุที่แถบจะไม่ทับซ้อนกัน และระยะห่างระหว่างพวกเขา ( ช่องว่าง วงดนตรี ) อยู่ในช่วงตั้งแต่ 01 EV ( อิเล็กตรอนโอนจาก 2 วงเป็นนำวงดนตรีต้องน้อยกว่าพลังงานมากกว่าในได ดังนั้นสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ประพฤติไม่ดี )

ทฤษฎีวงดนตรีที่เป็นรากฐานของทฤษฎีสมัยใหม่ของของแข็ง มันนำไปสู่ ความเข้าใจในธรรมชาติและอธิบายคุณสมบัติสำคัญของโลหะและสารกึ่งตัวนำบริษัทความกว้างของ " ต้องห้าม " วงดนตรี ( ช่องว่างพลังงานระหว่างความจุและคิดได้ ) คือตัวแปรสำคัญในทฤษฎีวง ; มันกำหนดสมบัติทางไฟฟ้าและทางแสงของวัสดุ ตัวอย่างเช่นในเซมิคอนดักเตอร์ , ความสามารถเพิ่มขึ้นโดยการอนุญาตให้ระดับพลังงานในช่องว่างแถบ โดยการเติม คือแนะนำวัสดุเจือปนเข้าไปในฐานของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี ระบบดังกล่าวจะถูกเรียกว่า " มลเซมิคอนดักเตอร์ " หลักการนี้ใช้ในการผลิตอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำทั้งหมด : เซลล์แสงอาทิตย์ ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ของ เลเซอร์ ฯลฯการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจาก 2 วงเป็นนำวงดนตรีเรียกว่าประจุพาหะรุ่นกระบวนการ ( พาหะของประจุลบคืออิเล็กตรอน และผู้ให้บริการของประจุบวกเป็นหลุม ) และย้อนกลับการเปลี่ยนแปลงเรียกว่ากระบวนการ recombination .

การประยุกต์ใช้ทฤษฎีในวงจำกัดเนื่องจากสมมติฐานหลักสาม :