Зонная теория проводимости кристаллов

Кристалл - единая система взаимодействующих частиц.

Зонная теория - это теория молекулярных орбиталей для системы с большим (N=1023) числом частиц.

В кристалле количество молекулярных орбиталей должно равняться сумме орбиталей атомов, образующих кристалл. Взаимодействие в кристалле большого числа атомов (N=1O²³) приводит к появлению практически сплошного спектра энергий молекулярных орбиталей, т. е. к образованию энергетической зоны.

Электроны могут находиться только на строго определенных энергетических уровнях и в кристалле также существуют зоны разрешенных и запрещенных энергий.

Энергетические уровни, на которых находятся валентные электроны, образуют валентную зону. Совокупность свободных, не занятых электронами уровней (валентных орбиталей), расположенных энергетически выше валентной зоны, в некоторых случаях в пределах ее, называется зоной проводимости.

В зависимости от природы взаимодействующих атомов и типа кристаллической решетки валентная зона и зона проводимости могут перекрываться или не перекрываться друг с другом. В последнем случае между валентной зоной и зоной проводимости возникает энергетический разрыв, называемый запрещенной зоной.

В зависимости от ширины запрещенной зоны D Е все кристаллические вещества подразделяются на проводники (металлы), полупроводники и диэлектрики (изоляторы).

В металлах валентная зона и зона проводимости перекрываются между собой, т. е. D Е =0.

Вещества, у которых ширина запрещенной зоны составляет 0,1-4,0 эВ, относятся к полупроводникам.

У проводников с увеличением температуры электрическая проводимость растет, у полупроводников уменьшается.

Вещества, у которых ширина запрещенной зоны превышает 4 эВ, относятся к изоляторам (алмаз). Для ионных кристаллов ширина запрещенной зоны составляет около 6 эВ. У молекулярных кристаллов энергетические уровни локализованы в пределах молекул и энергетические зоны не возникают. Поэтому указанные вещества относятся к изоляторам