Электронов обладающих

Валентная зона и зона проводимости разделены запрещенной зоной ( 3, а). Ширина запрещенной зоны А? соответствует минимальной энергии (в электрон-вольтах), которую надо сообщить электрону, находящемуся в валентной зоне, чтобы перевести его в зону проводимости. В отличие от электронов, находящихся в валентной зоне и связанных с атомами, электроны, переведенные в зону проводимости, теряют связь со своими атомами и могут перемещаться по кристаллу. В валентной зоне при переводе из нее электрона в зону проводимости остается незанятый энергетический уровень и возникает равный по абсолютному значению заряду электрона нескомпенсированный положительный заряд, называемый дыркой. При этом находящиеся в валентной зоне электроны соседних атомов могут переходить на незанятый уровень, что эквивалентно перемещению дырки с положительным зарядом в противоположную сторону.

Кроме того, вблизи середины запрещенной зоны появляется область разрешенных состояний. Плотность (количество) разрешенных состояний в запрещенной зоне значительно меньше, чем в валентной зоне и зоне проводимости. В связи с этим поведение электронов, находящихся в разрешенных состояниях в запрещенной зоне, существенно отличается от их поведения в разрешенных зонах. В частности, электрон, находящийся в разрешенном состоянии в запрещенной зоне, не может свободно перемещаться в пространстве (переходить на другие уровни) без изменения энергии, т. е. локализует-

Вольт-амперные характеристики вакуумного фотоэлемента имеют вид, показанный на 4.21. При малых значениях анодного напряжения Ua характеристики имеют крутой подъем. Это объясняется тем, что при низких напряжениях Ua только небольшая часть эмиттированных фотокатодом электронов попадает на анод, площадь которого мала по сравнению с фотокатодом. С повышением анодного напряжения все большее число свободных электронов, находящихся в колбе, стягивается к аноду. По мере нарастания анодного напряжения этот процесс происходит очень интенсивно,

Электропроводность металлов -обусловлена наличием свободных электронов, находящихся в непрерывном тепловом движении между атомами и положительными ионами металла. Внутри металла свободные электроны окружены со всех сторон положительными ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки, поэтому силы притяжения свободных электронов положительными ионами значительно меньше сил их теплового движения. Вследствие этого в диапазоне обычных для поверхности нашей планеты температур свободные электроны находятся в хаотическом движении внутри металла. Сумма результирующих сил fpe3 близка к нулю ( 1.1). Однако на электроны, находящиеся у поверхности металла, действуют электрические поля ионов в направлении к металлу, вызывая силы Ft, препятствую-

Эффективная масса электрона — квантово-механиче-ский параметр, применяемый в расчетах взаимодействия электрона с кристаллической решеткой. Эффективная масса дырки — условный способ учета коллективного эффекта всех электронов, находящихся в валентной зоне.

В изолированном атоме минимальной энергией. То же самое наблюдается в твердых телах - электроны стремятся заполнить энергетические зоны с минимальной энергией. Наибольшему уширению подвергаются уровни валентных электронов, т.е.электронов, находящихся во внешней электронной оболочке. Валентные электроны слабо связаны с ядром и свободно переходят от одного атома к другому. Уширение энергетических уровней внутренних электронов несущественно, поэтому внутренние электроны атомов в кристаллах ведут себя практически так же, как и в изолированном атоме.

2.19. Какой процент электронов, находящихся в вольфрамовой проволоке при 7=2600 К., может преодолеть потенциальный барьер вблизи катода высотой 1 эВ?

Как известно, металлы характеризуются отсутствием запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости, поэтому при комнатной температуре валентные электроды частично уходят в зону проводимости. Заряды электронов, находящихся в зоне проводимости, внутри металла нейтрализуют положительные заряды ионов, но у поверхности металла появляются силы поверхностного притяжения, препятствующие выходу электронов в вакуум.

Тепловое возбуждение электронов приводит к тому, что уже при нормальных температурах некоторая часть электронов, находящихся у «потолка» валентной зоны, преодолевает запрещенную зону.

При движении вокруг ядра электроны образуют ряд так называемых слоев, или оболочек. В каждом слое может находиться строго определенное число электронов и каждый электрон в атоме имеет постоянное значение энергии — как принято говорить, электроны находятся на определенных уровнях энергии. Такое состояние атома называется стационарным. Состояния же, соответствующие состояниям электронов, находящихся в промежутках

По современным научным воззрениям, расположенные в узлах кристаллической решетки атомы металлов связываются со своими ближайшими соседями при помощи валентных электронов, находящихся на их внешних оболочках или орбитах. Связь такого вида называется металлической.

Электрофизические, оптические и другие свойства любых материалов определяются возможными энергетическими состояниями их электронов, которые характеризуются энергетической диаграммой. Рассмотрим энергетическую диаграмму отдельно взятого атома. Из квантовой физики известно, что электроны такого атома могут обладать лишь строго определенными энергиями, т. е. находиться на разрешенных дискретных энергетических уровнях. Разрешенные уровни разделены интервалами энергий — запрещенными зонами, в которых нахождение электронов запрещено. Кроме того, число электронов, обладающих одинаковой энергией (т. е. находящихся на одном энергетическом уровне), также строго ограничено. В невозбужденном состоянии атома (например, при температуре абсолютного нуля) электроны занимают разрешенные уровни с наименьшей

Следовательно, электронная электропроводность обусловлена направленным движением электронов, обладающих энергией, соответствующей зоне проводимости, а дырочная электропроводность перемещением дырок, вызванным направленным последовательным заполнением дырок валентными электронами. Общая электропроводность полупроводника определяется суммой его электронной и дырочной электропроводностей.

Для этого необходимо получить концентрированный пучок свободных электронов, обладающих за счет высокой скорости значительной кинетической энергией, которая превращается в теплоту при торможении электронов в свариваемых де- ' ' Ф талях.

Эти же причины оказывают влияние и на участок характеристики, соответствующий переходу от режима объемного заряда к режиму насыщения. Как видно из 2-8, такой переход в реальных характеристиках происходит плавно, а не резко. Насыщение наступает раньше на участках с более низкой температурой катода и большей разностью потенциалов анод — катод. Плавность переходного участка характеристики зависит также от разброса скоростей движущихся к аноду электронов. Для электронов, обладающих большими начальными скоростями, режим насыще-

потенциала. На краю области 3, где накапливается отрицательный заряд, потенциал понижается, а энергия электронов, обладающих отрицательным зарядом, увеличивается. Именно поэтому все энергетические уровни в области 3 оказываются выше относительно уровней в области 7.

При температуре абсолютного нуля (Т —О К) и отсутствии других источников возбуждения электроны в атомах любого вещества занимают уровни с наименьшей энергией. В проводниках, обладающих высокой концентрацией электронов в зоне проводимости, распределение электронов по величинам энергии можно изобразить графиком ( 1.4), названным распределением Ферми (по оси абсцисс отложено значение энергии, а но оси ординат— количество электронов). Из графика (кривая 7) видно, что при температуре абсолютного пуля нет электронов, обладающих энергией, большей WP (уровень Ферми). Величина WF зависит от физических свойств

В потоке отрицательно заряженных частиц, движущихся от катода к экрану, помимо электронов, обладающих небольшой массой, имеются отрицательные ионы с большой массой, которые плохо отклоняются магнитным полем и попадают на центральную

Эти же причины оказывают влияние и на участок характеристики, соответствующий переходу от режима объемного заряда к режиму насыщения. Как видно из 2-8, такой переход в реальных характеристиках происходит плавно, а не резко. Насыщение наступает раньше на участках с более низкой температурой катода и большей разностью потенциалов анод — катод. Плавность переходного участка характеристики зависит также от разброса скоростей движущихся к аноду электронов. Для электронов, обладающих большими начальными скоростями, режим насыще-

2. При положительных потенциалах сетки значительная часть электронов, эмиттнрованных катодом, будет попадать на витки сетки, создавая значительный ток в ее цепи. Промежуток катод — сетка может рассматриваться как некоторый внутренний диод с дифференциальным сопротивлением rc = Auc/Azc, зависящим от постоянного потенциала сетки. В обычных маломощных усилительных триодах значение этого сопротивления при положительных потенциалах сетки имеет порядок одного килоома. На семействах характеристик триодов часто приводятся и кривые, определяющие зависимость входного тока от потенциала управляющей сетки, получившие название сеточных характеристик: например, зависимость гс (мс) по параметру ма на семействе анодно-сеточных характеристик триода 5.5, б (сравнить с входными характеристиками транзистора) или зависимость ic (ыа) на анодных характеристиках 5.5, а. При отрицательных потенциалах сетки дифференциальное сопротивление диода катод — сетка становится очень большим, поэтому чаще всего электровакуумные триоды используются в гаком режиме, при котором на сетке обеспечивается начальный отрицательный потенциал (отрицательное сеточное смещение). Но даже при достаточных отрицательных потенциалах сетки (ес < —(0,5 •+• -*- 1,5)В) в ее цепи имеются слабые токи за счет электронов, обладающих при выходе из катода большими начальными скоростями. Кроме того, остаются сеточные токи, вызываемые другими перемещающимися зарядами. Эти токи весьма малы, но в некоторых случаях их необходимо учитывать *). Причинами остающихся сеточных токов обычно бывают следующие явления.

Возникновение этой э. д. с. объясняется двумя причинами. Электроны проводимости в металле находятся в состоянии беспорядочного движения. Часть электронов, обладающих достаточно большой кинетической энергией, могут покинуть металл. При этом они совершают работу, как против сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникающего в поверхностном слое металла в результате вылета электронов, так и против сил отталкивания со стороны ранее вылетевших электронов, образующих вблизи поверхности металла тонкий электрон-

Носителями наименьших по величине электрических зарядов являются электрон и протон. Отрицательный заряд тела определяется избытком, электронов, а положительный заряд — недостатком электронов, обладающих большей свободой передвижения. Количество электричества, являющееся мерой электрического заряда, выражается в тех же единицах, что и электрические заряды.