Электронно-дырочные и металлополупроводниковые переходы Движение электронов в электрических и магнитных полях

1)Движение электронов в ускоряющем электрическом поле

2)Движение электрона в тормозящем электрическом поле

3)Движение электрона в поперечном электрическом поле

4)Движение электрона в магнитных полях

5)Зонная энергетическая диаграмма

е = 1,6-10-19 Кл П I-1

m = 9,1-Ю-31 кг Ц~ I Const

1) Движение электронов в ускоряющем электрическом поле. Рассмотрим однородное электрическое поле с напряжённостью E=U/d.

На единичный положительный заряд, помещённый в электрическое поле, действует сила, равная по величине напряжённости этого поля. F = E - для единичного положительного заряда. F = - e • E - для электрона.

Знак «-» показывает, что сила действующая на электрон, направлена против линии напряжённости электрического поля. Под действием данной силы электрон будет двигаться равноускоренно и приобретёт максимальную скорость в конце пути. Поле, линии напряжённости которого направлены навстречу вектору начальной скорости электрона So, называется ускоряющим электрическим полем. Определим максимальную скорость электрона. Работа по перемещению электрона из одной точки поля в другую равна произведению заряда электрона на разность потенциалов между этими точками.

A = e • U

Данная работа затрачивается на сообщение электрону кинетической энергии.

m-{9-90 Y

Wk = ---

где S - конечная скорость электрона. Будем считать, что S0 = 0 A = \Ук,

так как e и m - константы, то 600 • 4U .

Из последней формулы видно, что скорость электрона в электрическом поле определяется только величиной напряжения между двумя точками поля, и поэтому скорость электрона иногда характеризуют этим напряжением.

2) Движение электрона в тормозящем электрическом поле.

Под действием силы F электрон будет двигаться равнозамедленно, в какой-то точке поля он остановится и начнёт двигаться в обратном направлении. Электрическое поле, линии напряжённости которого совпадают по направлению с вектором начальной скорости электрона, называется тормозящим электрическим полем. 3) Движение электрона в поперечном электрическом поле.

Поперечным электрическим полем называется поле, линии напряжённости которого перпендикулярны вектору начальной скорости электрона.

За счёт действия силы F возникает вертикальная составляющая скорости электрона, которая будет всё время увеличиваться. Начальная скорость 9о остаётся постоянной, в результате чего траектория движения электрона будет представлять собой параболу. При вылете электрона за пределы действия поля он будет двигаться по прямой. 4) Движение электрона в магнитных полях. F = B-e-9o-sina - сила Лоренца. При a = 900 получим sina = 1.

При a = 900 траектория будет представлять собой дугу окружности.

Когда а Ф 900, вектор скорости электрона можно разложить на две составляющие - поперечную и продольную относительно направления магнитных силовых линий (рис. 5). Под действием поперечной составляющей электрон будет двигаться по окружности, а под действием продольной составляющей - двигаться поступательно. В результате траектория будет представлять собой спираль. 5) Зонная энергетическая диаграмма.

У проводников большое количество свободных электронов, у диэлектриков валентные электроны удерживаются ковалентными связями, у полупроводников структура как у диэлектриков, но ковалентные связи значительно слабее. Достаточно сравнительно небольшого количества энергии, получаемой из внешней среды (температура, освещённость, сильное электрическое поле) чтобы электроны полупроводника разорвали ковалентные связи и стали свободными.

Ш Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, удерживаемого ковалентной

связью, называется зоной валентности, или валентной зоной. Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, разорвавшего ковалентную

связь и ставшего свободным, называется зоной проводимости. * Графическое изображение этих энергетических зон называется зонной энергетической

диаграммой.

W А Для полупроводников