ѕерех≥д електрона з одн≥Їњ оболонки на ≥ншу можливий при поглинанн≥ чи випусканн≥ кванта електромагн≥тного випром≥нюванн¤ з енерг≥Їю, що дор≥внюЇ р≥зниц≥ енерг≥й р≥вн≥в, м≥ж ¤кими пересуваЇтьс¤ електрон. “ому оптичн≥ спектри поглинанн¤ атом≥в, що в≥дпов≥дають електронним переходам на дискретн≥ в≥льн≥ р≥вн≥, так само повинн≥ бути дискретн≥.

ћодель Ѕора не могла по¤снити особливост≥ спектр≥в елемент≥в б≥льш складних н≥ж водень.  р≥м того, електрон розгл¤далас¤ ¤к частка, що приводило до р¤ду протир≥ч. Ѕ≥льш п≥зн≥ досл≥дженн¤ показали, що електрон маЇ хвильову природу ≥ йому варто приписати визначену довжину хвил≥, що залежить в≥д його енерг≥њ. ÷е положенн¤, висунуте Ћуњ де Ѕройлем, л¤гло в основу квантовоњ механ≥ки, методи ¤коњ в даний час використовуютьс¤ дл¤ розрахунку властивостей атом≥в, молекул ≥ твердих т≥л, що з них складаютьс¤.

2.3.ќрб≥тал≥.

ќрб≥тал≥ часто називають п≥доболонками оболонок, оск≥льки вони характеризують форми р≥зних орб≥т, на ¤ких можна знайти електрони, що знаход¤тьс¤ в одн≥й оболонц≥ (при заданому квантовому числ≥ N).  ожна п≥доболонка характеризуЇтьс¤ своњм, поб≥чним квантовим числом L (його називають орб≥тальним) . ¬оно, так само ¤к ≥ Nа, ц≥ле ≥ може зм≥нюватис¤ в межах в≥д 0 до (N-1). ќрб≥тали одн≥Їњ п≥доболонки в звичайних умовах мають однаков≥ значенн¤ енерг≥њ (вирожден≥), однак п≥д впливом зовн≥шнього магн≥тного пол¤ орб≥тальн≥ енерг≥њ стають дискретними чи квантованими.

ћагн≥тне квантове число M цих дискретних енергетичних р≥вн≥в може приймати ц≥лочисленне значенн¤ в межах в≥д -L до L (включно), тобто воно може приймати 2L+1 значень. „етверте квантове число S (сп≥н) характеризуЇ обертанн¤ окремого електрона ≥ може приймати значенн¤: +1/2 ≥ -1/2.

 ожен електрон в атом≥ повинний мати св≥й ≥ндив≥дуальний наб≥р квантових чисел. «наючи головне квантове число N, легко розрахувати, ск≥льки електрон≥в може знаходитис¤ на т≥й чи ≥нш≥й оболонц≥ й оц≥нити форму можливих орб≥талей.

ѕри утворенн≥ молекул ≥ кристал≥в з атом≥в, на зовн≥шн≥й (валентн≥й) оболонц≥ ¤ких маютьс¤ ¤к S так ≥ P електрони, можливе зм≥шуванн¤ (≥нтерференц≥¤) њхн≥й орб≥талей ≥ утворенн¤ "г≥бридних" SP орб≥талей. ‘орма г≥бридноњ орб≥тал≥ залежить в≥д того, ск≥льки P орб≥талей бере участь у њњ утворенн≥. ѕриклади можливих г≥бридних орб≥талей показан≥ на нижньому малюнку.

—труктура молекул ≥ кристал≥в буде залежати в≥д того, ¤к≥ орб≥тали беруть участь в утворенн≥ х≥м≥чного зв'¤зку м≥ж атомами. ¬ утворенн≥ таких нап≥впров≥дникових кристал≥в ¤к Si ≥ Ge беруть участь SP3 -орб≥тал≥ (приналежн≥ р≥зним оболонкам).

ѕри цьому, у результат≥ взаЇмод≥њ атом≥в, дискретн≥ р≥вн≥ можуть бути розгл¤нут≥ ¤к енергетичн≥ зони. ” нап≥впров≥дниках ≥з двох сус≥дн≥х зон, що утворилис¤ з р≥вн≥в валентних електрон≥в, одна ви¤вл¤Їтьс¤ заповненою, друга в≥льною.

2.4.—клад атомних ¤дер.

ћасове число (ј)- це сумарне число протон≥в ≥ нейтрон≥в в ¤др≥ атома. јтомний номер (Z)елемента сп≥впадаЇ з числом протон≥в в ¤др≥ його атома.

A=Z+N, де N-число нейтрон≥в в ¤др≥ атома.  ожен х≥м≥чний елемент характеризуЇтьс¤ певним атомним номером. “обто два елемента не можуть мати однаковий атомний номер.

≤зотопами - називають р≥зн≥ за властивост¤ми атомн≥ р≥зновиди одного елемента. ¬они розр≥зн¤ютьс¤ по к≥лькост≥ нейтрон≥в в њх ¤др≥. “аким чином, ≥зотопи одного елемента мають однаковий атомний номер, але р≥зн≥ масов≥ числа. Ќаприклад,

612—, 613 —, 614 — Ц ≥зотопи вуглецю.

јтомна одиниц¤ маси ( а.о.м.).

«а стандарт прийн¤та маса стаб≥льного ≥зотопу вуглецю

612— = 12,0000а.о.м., таким чином 1 а.о.м. =1/12m612—.

≤стине значенн¤ а.о.м.= 1,661*10-27кг.

“ри фундаментальн≥ частинки, мають маси:

mпротона=1,007277а.о.м.

mнейтрона=1,008665а.о.м.

mелектрона=0,0005486а.о.м.

2.5.≈лектрони ≥ д≥рки

ѕ≥д д≥Їю тепла чи св≥тла електрони можуть переходити з валентноњ зони в зону пров≥дност≥. ¬≥дх≥д електрона приводить до утворенн¤ д≥рки, що повинна мати позитивний зар¤д, тому що електрон в≥ддав негативний зар¤д ≥ локальна електронейтральн≥сть порушилас¤. —ус≥дн≥ валентн≥ електрони можуть заповнювати д≥рку й у такий спос≥б: вона може перем≥щатис¤ по кристал≥ залишаючись у валентн≥й зон≥. ѕерем≥щенн¤ д≥рок буде створювати електричний струм.

≤деальний нап≥впров≥дник, у ¤кому в≥дсутн≥ дом≥шки ≥ дефекти називаЇтьс¤

власним. ” власному нап≥впров≥днику концентрац≥¤ електрон≥в дор≥внюЇ концентрац≥њ д≥рок.

Ќа енергетичному р≥вн≥ в дозволен≥й зон≥ можуть знаходитис¤ або електрон, або д≥рка. “ому дл¤ ≥мов≥рност≥ перебуванн¤ д≥рки на заданому р≥вн≥ можна записати fp(E)= 1 - f(E), де f(E) ≥мов≥рн≥сть перебуванн¤ на цьому р≥вн≥ електрона. ѕри цьому здобуваючи енерг≥ю д≥рка перем≥щаЇтьс¤ в глиб валентноњ зони.

якщо E-F значно б≥льше k, то зам≥сть статистики ‘ерм≥-ƒ≥рака дл¤ розрахунку ≥мов≥рност≥ заповненн¤ енергетичних стан≥в можна скористатис¤ статистикою Ѕольцмана.

¬икористовуючи ц≥ сп≥вв≥дношенн¤ з умови електронейтральност≥ можна розрахувати положенн¤ р≥вн¤ ‘ерм≥. “обто, дл¤ власного нап≥впров≥дника р≥вень ‘ерм≥ лежить приблизно в середин≥ забороненоњ зони ≥ при п≥двищенн≥ температури в≥н поступово зм≥щаЇтьс¤ до т≥Їњ зони дл¤ ¤кий ефективна маса нос≥њв зар¤ду менше.

якщо електрон з валентноњ збуджуЇтьс¤ в зону пров≥дност≥, то у валентн≥й зон≥ залишаЇтьс¤ його ваканс≥¤ (д≥рка), при перем≥щенн≥ ¤коњ по кристал≥ переноситьс¤ позитивний зар¤д. ” такий спос≥б зар¤д у кристал≥ може переноситис¤ електронами, що знаход¤тьс¤ в зон≥ пров≥дност≥ ≥ д≥рками, що знаход¤тьс¤ у валентн≥й зон≥. ¬ ≥деальному кристал≥, у ¤кому в≥дсутн≥ дефекти ≥ сторонн≥ дом≥шки (такий нап≥впров≥дник називаЇтьс¤ власним), к≥льк≥сть "в≥льних" електрон≥в - електрон≥в у зон≥ пров≥дност≥ (n), дор≥внюЇ к≥лькост≥ д≥рок (p) ≥ дор≥внюЇ де¤к≥й характеристичн≥й величин≥, що називаЇтьс¤ власною концентрац≥Їю (ni): n=p=ni.

„им вужче заборонена зона, тим б≥льше в нап≥впров≥днику терм≥чно збуджених в≥льних нос≥њв зар¤ду.  онцентрац≥њ в≥льних електрон≥в ≥ д≥рок у власному нап≥впров≥днику залежать в≥д температури по експонентному закон≥.

1	2	3

Ќазва: —учасна модель атома
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-03-24 (3052 прочитано)