запрещенная зона

Ответ от Leonid[гуру]
В металлах всё просто - есть свободные электроны. Это электроны, слабо связанные с ядром атома, и как только атомы металла объединяются в кристаллическую решётку, эти электроны становятся совсем сободны и ведут себя подобно газу (электронный га). В частности, даже мелейшее электрическое поле приводит к дрейфу электронов под действие этого поля - так появляется электрический ток.
В полупроводниках всё иначе. Там атомы тоже связаны в кристаллическую решётку, однако поскольку число валентных электронов точно соответствует числу связей атома с соседями, своободных электронов нет. И к тому же, если решить уравнение Шредингера для электрона в поле, создаваемой решёткой, окажется, что разрешёнными по энергиями уровнями будут не какие попало, как для свободного электрона, и не строго определённые уровни, как для электрона в одиночном атоме (модель Бора для атома водорода - хороший пример) , а - зоны. Их на самом деле несколько, но до какой-то из них все возможные уровни (возможные исходя из решения уравнения Шрёдингера для решётки) заполнены имеющимися в наличии электронами, а для следующего разрешённого диапазона значений просто нет электронов. И вот промежуток значений энергии, отделяющий два разрешённых диапазона, один из которых заполнен, а второй - ещё нет, и называется запрещённой зоной.
Что важно понять: такая зонная структура хнергетических уровней есть следствие строгой пространственной периодичности кристаллической решётки. ЛЮБОЕ нарушение этой периодичности искажает такую простую картинку. А этим нарушением может быть как дефект кристаллической решётки, так и примесь. То есть вместо атома кремния имеется атом, скажем, бора или фосфора или ещё какой-то. И как только идеальная периодическая картинка нарушается - появляются дополнительные разрешённые уровни, расположенные в запрещённой зоне. Где именно - зависит от того, как именно нарушена периодичность решётки (дфект, или атом примеси, или что ещё).
Теперь - как вообще появляется проводимость в полупроводниках. Значит, ещё раз - атомы встроены в периодическую кристаллическую решётку, и каждый атом связан с четырьмя соседними (случай кремния или германия). Если теперь атом кремния заменить атомом фосфора, у которого пять валентных электронов, то четыре уйдут на эти связи с соседями, а пятый останется не у дел. И если пр этом окажется, что уровень, создаваемый данным атомом примеси в запрещённой зоне, находится достаточно близко к верхней её границе, то просто за счёт своей тепловой энергии этот электрон перескочит в следующую разрешённую зону - и получает возможность перемещаться по кристаллу. Так возникает электронная проводимость (n-типа) .
Теперь если вместо атома кремния строить атом бора. У него только три валентных электрона, так что образуется одна незаполненная связь с решёткой (дырка). Фишка в том, что с точки зрения элетрического поля эта незаполненная связь ведёт себя как носитель заряда положительного знака. Физически там перемещаются электроны с соседних атомов (электрон из связи кремний-кремний заполняет недостроенную связь кремний-бор) , но поскольку для бора он не пришей кобыле хвост, то его энергия активации тоже оказывается порядка тепловой, поэтому такая дырка и обладает способностью относительно легко перемещаться по кристаллу. Это и есть дырочная проводимость (р-типа). В терминах зонной теории это выглядит как появление разрешённого уровня вблизи дна запрещённой зоны (около валентной зоны) .
Ну вроде так.