1.kuidas muunduvad aatomid kõrgemate energiatasemed, kui aatomid ühinevad kristalliks? Kristallides muunduvadatomite ioonide väliselektronide energiatasemed mitmede eV laiusteks energiatsoonideks, mille hõivamine elektronide poolt järgib tõrjutusprintsiipi ja mis on ühised kogu kristallile. 2.mille poolest erinevad metalli pooljuhi ja dielektriku energiatsoon? Metallides on kõrgeim hõivatud energiatsoon ainult osaliselt elektronidega asendunud. Dielektrikus on, aga kõrgeim hõivatud energiatsoon-valentsitsoon elektronidega täidetud.metallides saavad elektronid tsooni hõivamata ossa tõustes ammutada elektriväljalt energiat ja liikuda.dielektrikus liikumisvabadus puudub,elektrivool ei pääse läbi///valentsitsooni täituvuse ja keelutsooni laiuse poolest. 3.selgita mõisted: keelutsoon, valentsitsoon, juhtivustsoon. Keelutsoon-vahemikku, kus elektronide laineomaduste tõttu ei saa nad omandada energiaid, mis jäävad pilusse deltaE täidetud ja tü...
Võredefekt: · Üksikud aatomid või ioonid paiknevad vales kohas · Mõned võresõlmed on vakantsed (tühjad) · Kristalli on lisatud teisi keemilisi elemente · Terasele lisati Cr ja Ni - roostevaba teras Keelutsoon on energiatsoon, millele vastav energiavahemik on elektronidele laineomaduste tõttu keelatud Lubatud tsoon- on kristallis valentselektronide energiatasemete jagunemisel tekkinud alatasemete kogum, millele vastavad energiad on elektronidele lubatud Valentstsoon - on viimane elektronidega täielikult täidetud lubatud tsoon Juhtivustsoon valentstsoonile järgnev elektronidega täitmata või osaliselt täidetud lubatud tsoon Hübriidtsoon tekib siis, kui kaks viimast tsooni kattuvad Valentselektron elektronkatte välisekihi elektron Auk - tekib, kui eletron lahkub valentstsoonist ja moodustub vakants Kristallid vastavalt energiatsoonidele: · Elektrijuhid (Metallid) tahkised, milles on osaliselt täidetud valentstsoon ja
- need on võrdsed järjekorra arvuga miks ei saa klassikalise fyysika seadusi rakendada aatomifyysikas? -see läheb vastuollu tegelikkusega. Aatom kiirgab energiat, kui langeb kõrgemalt energianivoolt madalamale. Aatom neelab energiat, kui läheb madalamalt energianivoolt üle kõrgemale. Kristalltahkises suureneb valentselektroni energiataseme ebatäpsus, mille tulemusel moodustub teatud laiusega energiatsoon minda nim lubatud tsooniks. Valentstsoon- viimane lubatud tsoon, mida võib täielikult elektronidega täita. Juhtivustsoon- valentstoonile järgnev täitmata lubatud tsoon.Keelutsoon- lubatud energiatsoonide vahele jäävad piirkonnad, millele vastavat energiat ei saa elektron omada. Energiatase- stats.olekule vastav energia. Energiatsoon- pidev lubatud energiate vahemik. Juhtide: puhul jäävad osa lubatud energiatsoonidest täitmata ning keelutsoonid lubatud tsoonide vahel on kitsad. Valentstsooni on osaliselt täitsetud
On olemas peakvantarv, orbitaalkvantarv, magnetkvantarv ja spinnkvantarv. Tõrjutusprintsiip e. Pauli printsiip: samas aatomis ei saa olla kahte ühesuguste kvantarvudega elektroni. Molekulides hoiab aatomeid koos keemiline side iooniline või koovalentne side. Tahkisteks nimetatakse aineid, mille aatomid paiknevad korrapäraselt (kristallvõres) Energiatsoonideks nimetatakse piirkondi tahkistes, mille elektronid saavad viibida või milles nende liikumine ei ole võimalik (valentstsoon, juhtivustsoon ja keelutsoon) Metallid on ained, mille valentstsoon ja juhtivustsoon kattuvad ning seal on palju nii vabu elektrone kui ka vabu energiatasemeid. Dielektriku valentstsoon on elektronidega täidetud, juhtivustsoon tühi ja keelutsoon on nii lai, et elektronide soojusliikumise energiast ei piisa selle ületamiseks. Pooljuhtide valentstsoon on elektronidega täidetud, juhtivustsoon tühi ja keelutsoon on nii kitsas, et elektronid suudavad selle kergesti ületada välisenergia abil.
Ainete elektrijuhtivuslikud omadused on põhiliselt määratud elektronprotsessidega, mis toimuvad valents ja juhtivustsoonis. Ainete jaotumuse pooljuhtideks ja dielektrikuteks määrab nimetatud tsoonide elektronidega täitumus ja neid tsoone eraldava keeluvööndi laius. Pooljuhid on oma omadustelt väga lähedased dielektrikule. Erinevus pooljuhtide ja dielektrikute vahel seisnebki vaid keelutsooni laiuses. Dielektrikus on valentstsoon täielikult täidetud, keelutsoon väga lai ja juhtivustsoon praktiliselt täiesti tühi. Mida laiem on materjali keelutsoon, seda väiksem on tema elektrijuhtivus. Juhtivustsoon tühi ja energiaruumi elektronide liikumiseks on piisavalt, kuid seal puuduvad elektronid, mis saaksid liikuma hakata. Valentstsoonis on elektrone, kuid puuduvad vabad alamtasemed, et elektronid saaksid liikuda. Pooljuhis on keelutsoon kitsam. Absoluutse nulltemperatuuri juures on valentstsoon
mõõtmed e. energiatsoonid,mis hõivatakse energia miinimumprintsiibi(tõrjutusprintsiibi)järgi. Pooltäidetud tsooni elektronid moodustavad metallides liikumisvõimelise elektrongaasi. Dielektrikus pooljuhis:aatomi kõrgemal hõivatud tasemel on 2 vastasprintsiibiga elektroni,liikumisruumi ei ole Täidetud ja tühjatsooni energiate vahet ei saa elektron omandada,sest tema liikumine on laineline s.o keelutsoon Valentstsoon-hõivatud tsoon,mis täitub valentselektronidega. Juhtivustsoon-elektrontsoonile järgnev täitamata tsoon. Metallis on pooltäidetud valentstsoon,on palju vaba ruumi,saab energiat vastu võtta.Suurepärased elektrijuhid. Dielektriku tühjas juhtivustsoonis on energiaruumi avarasti,kuid seal puuduvad elektronid,mida väli võiks liikuma suunata.Ei juhi voolu on isolaatorid. Pooljuhis keelutsoon kitsas ning mõned valentstsooni elektronidest saavad hüpata üle keelutsooni juhtivustsooni
või juhtivustsoonis. Tsoonidevahelised alad on aga "keelatud" tsoonid, kus elektronid statsionaarselt olla ei saa. Seetõttu nimetatakse neid energiavahemikke ka keelutsoonideks. Keelutsoon on energiatsoon, millele vastav energiavahemik on elektronidele laineomaduste tõttu keelatud. Lubatud tsoon- on kristallis valentselektronide energiatasemete jagunemisel tekkinud alatasemete kogum, millele vastavad energiad on elektronidele lubatud. Valentstsoon - on viimane elektronidega täielikult täidetud lubatud tsoon Juhtivustsoon -valentstsoonile järgnev elektronidega täitmata või osaliselt täidetud lubatud tsoon. Elektrijuhtivus on aine võime juhtida elektrivoolu, mis on tingitud liikumisvõimeliste laetud osakeste - laengukandjate (elektronide või ioonide) olemasolust aines. Elektrivälja mõjul hakkavad need aineosakesed liikuma. Aineosakeste liikumist ja seega ka
e)kiip koosneb mitmest dioodist, transistorist, takistist,kondensaatorist. 15. Energiatsoonide tekkimine: metallides, dielektrikutes ja pooljuhtides on energiatsoonid. Neid nim valentstsoonideks, juhtivustsoonideks ja keelutsoonideks, Tsoonid tekivad aatomite lähenemisel, mille tulemusel tekivad tahkised. a)metall valentstsoonis ja juhtivustsoonis on palju vaba ruumi, head elektrijuhid. b)pooljuhid keelutsoon kitsas, juhtivustsoon tühi, valentstsoon täidetud,mõningad elektronid suudavad minna juhtivustsooni. Juhib teatud tingimustel el.voolu. c)isolaator-dielektrik juhtivustsoon on vaba, valentstsoon täidetud, elektronid ei saa liikuda juhtivustsooni.Ei juhi el.voolu. 16. L.de Broglie hüpotees: elektronid käituvad liikumisel kui lained. Hüpotees osutus õigeks. Elektronid tekitavad interferentspildi. de Broglie lainepikkus: =h/mv m-osakeste mass, v-osakeste kiirus. 17
Võredefekt kristallvõres esinev defekt (mida mööda kristall murdub): üksikud aatomid/ioonid paiknevad vales kohas mõned võresõlmed on tühjad ehk vakantsed kristallidesse on lisatud teisi keemilisi elemente 4. Energiatsoonid: Lubatud tsoonid kristallis vastavatele valentselektronidele lubatud energiatasemed Keelutsoonid eraldavad lubatud tsoone üksteisest Valentstsoon viimane elektronidega täielikult täidetud lubatud tsoon Juhtivustsoon valentstsoonile järgnev lubatud tsoon, mis on elektronidega täitmata või osaliselt täidetud Hübriidtsoon kaks viimast tsooni täituvad 5. Valentselektron väliskihi elektron ,,Auk" - elektronist vabanenud koht valentstsoonis 6. Kristallide liigitus: Juhid (metallid) olemas kristallstruktuur, mille moodustavad positiivsed ioonid, mida
energiatasemed mitme eV laiusteks energiatsoonideks, mille hõivamine elektronide poolt järgib tõrjutusprintsiipi ja mis on ühised kogu kristallile. 2.2. Metallides on kõrgeim hõivatud energiatsoon ainult osaliselt elektronidega asustatud. Seetõttu on nad head elektrijuhid: elektronid saavad tsooni hõivamata ossa tõustes ammutada elektriväljalt energiat ja liikuda. 2.3. Dielektrikuis ning tugevasti külmutatud pooljuhtides on kõrgeim hõivatud energiatsoon valentstsoon elektronidega täidetud. Liikumisvabadus puudub, elektrivool ei pääse läbi. 2.4. Tavatemperatuuridel ergastab soojusliikumine pooljuhtides elektrone üle kitsa (~1eV) keelutsooni kõrgemasse tsooni juhtivustsooni, jättes valentstsooni tühikuid auke. Auk käitub elektriväljas nagu positiivse laenguga voolukandja. Pooljuhti läbiv vool liitub elektronide ja aukude voogudest. 2.5. Dielektrikutes on keelutsoon lai (5-10 eV), soojusenergiast ei piisa juhtivuselektronide tekitamiseks. 2.6
osa elektrijuhtivusest. Paar elektron-auk võib pooljuhis tekkida näiteks pealelangeva valguse footoni arvel. Sellest ka nimetus pooljuht, sest tema elektrijuhtivus on muudetav mingi välisteguri (valgus, temperatuur) mõjul. Kokkuvõtvalt: Metall tahkis, milles viimane hõivatud energiatsoon on vaid pooleldi täidetud elektronidega (juhtivustsoon) või on moodustunud hübriidtsoon, st valents- ja juhtivustsoon osaliselt kattuvad, keelutsoon puudub. (E=0) Pooljuht tahkis, mille valentstsoon on täielikult täidetud, kuid keelutsoon on kitsas (E=1 3eV). Valguse või soojuse mõjul saavad elektronid siirduda valentstsoonist juhtivustsooni. Dielektrik tahkis, milles esinevad vaid täielikult täidetud ja päris tühjad energiatsoonid. Keelutsooni suure laiuse tõttu ei saa välimine elektriväli põhjustada elektronide siirdumist valentstsoonist juhtivustsooni. (E=510eV).
E. Statsionaarses olekus aatom ei kiirga. II-Statsionaarses olekus olevas aatomis on elektronid kindlatel lubatud orbiitidel III-Kiiratakse või neelatakse elektromagnetlaineid aatomi üleminekul ühest statsionaarsest olekust teise. Hf= Ek- Em 3)Juhtivustsoon-keelutsoonile järgnev täitmata tsoon. Keelutsoon- tsoon, kuhu elektson ei saa sattuda, sest ta ei saa omada sellist energiat. Valentstsoon-eletronidega täielikult täidetud tsoon. 4)Miks on metallid head elektrijuhid?+joonis Sest headel elektrijuhtidel järgneb valentstsoonile juhtivustsoon. 5) Miks dielektsikud ei juhi elektrit.+joonis Sest neil järgneb valentstsoonile lai keelutsoon, mille ületamiseks peab elektron juurde saama väga palju energiat. (tugev elektriväli võib põhjustada läbilöögi) 6)Mis on pooljuhid, nimeta. Pooljuhid on ained, mis tavatingimustel juhivad voolu halvasti. Nt. Räni, germaanium.
liikuda. ( joonis Energiatsoonid metallides, pooljuhtides ja dielektrikutes) Tavatemperatuuridel ergastab soojusliikumine pooljuhtides elektrone üle kitsa (1eV) keelutsooni kõrgemasse tsooni juhtivustsooni, jättes valentstsooni tühikuid auke. Auk käitub elektriväljas nagu positiivse laenguga voolukandja. Pooljuhti läbiv vool liitub elektronide ja aukude voogudest Dielektrikuis ning tugevasti külmutatud pooljuhtides on valentstsoon elektronidega täidetud, liikumisvabadus puudub, elektrivool ei pääse läbi. Dielektrikutes on keelutsoon lai (510eV), soojusenergiast ei piisa juhtivuselektronide tekitamiseks. LISANDJUHTIVUS, DOONORID JA AKTSEPTORID Pooljuhtide, nt Si, Ge, elektrijuhtivust tõstavad lisandid elektrone loovutavad doonorid, elektrone haaravad ning valentstsooni auke jätvad aktseptorid. Doonorlisandiga pooljuhid on npooljuhid,
elektronvoldi laiusteks energiatsoonideks. Tsoonide energia järgi saab näha tahkiste elektrijuhtivust!!! Tsoonid tekivad aatomite lähenemisel, mille tulemusel tekivad tahkised. Alatasemed hõivatakse tsoonides elektronid energiamiinimumi ja pauli tõrjutuse printsiibi alusel. Pauli printsiib nõuab, et aatomid peavad olema oma energiatasemel. Mudeliks on energiatelg. 1.2.2 Energiatsoonide liigid 1. valentstsoon - kõik energia tasemed on täis 2. keelutsoon- seal ei saa omada energiat 3. juhtivtsoon Põhinivoo- kõige madalam tsoon, elektrone kõige rohkem Ferminivoo e tase tähistab alumist energia tasemet. Sellest allpool on energia tasemed täidetud. Fermi nivoo saab paika panna, kui tahke keha külmutada absoluutse nullini. Absoluutse nullil elektronid ei liigu “kukuvad alla”. Tahke keha omadusi saab uurida, kui on teada Fermi nivoo asukohta. 1.3 Elektrijuhtivus
Energiatsoonis on alatasemete energiate vahe suurusjärgus 10 -22eV, st üliväike ning elektronide siirdumine ühelt alatasemelt teisele on lihtne kogu energiatsooni ulatuses. Energiatasemed tahkises Metall tahkis, milles viimane hõivatud energiatsoon on vaid pooleldi täidetud elektronidega (juhtivustsoon) või on moodustunud hübriidtsoon, st valents- ja juhtivustsoon osaliselt kattuvad, keelutsoon puudub. (E=0) Energiatasemed tahkises Pooljuht tahkis, mille valentstsoon on täielikult täidetud, kuid keelutsoon on kitsas (E=13eV). Valguse või soojuse mõjul saavad elektronid siirduda valentstsoonist juhtivustsooni. Pooljuhid on väga tundlikud välismõjude ja lisandite suhtes. Peamine iseärasus on elektrijuhtivuse järsk suurenemine temperatuuri kasvades. Keelutsooni laiust reguleeritakse põhiliselt lisandite viimisega pooljuhtidesse. Rakenduslikult on kõige tähtsamaks pooljuhiks olnud räni (Si), aga tähtsad on ka
Aines olevad lisandid rikuvad kristallvõre struktuuri ja halvendavad aine omadusi.Vahetevahel viiakse lisandid teadlikult kristallvõre sisse, millega parandatakse aine omadusi-legeerimine nt. terase legeerimine. 7) Elektrijuht aine või ainete segu milles vabulaengukandjaid on palju dielektrik vabulaengukandjaid hästi vähe peaaegu et ei olegi pooljuhtideks nimetatakse aineid ja elemente, mille elektrijuhtivus on juhtide ja dielektrikute vahepeal.Madalatel temp.on valentstsoon täielikult täidetud elektronidega.Keelutsoon on kitsas siis läheb temp.tõustes osa elektrone järgmisesse tsooni ning neile n väga kerge en.juurde panna ja liikuma panna.Pooljuhid on IV rühma elemendid.Kõrgetel temppooljuht muutub elektrijuhiks.Pooljuhtide max 120 kraadi mil töötavad; min. 50 kraadi.Kasut.temp.anduritena puhtaid pooljuhte (termotakistitena) või kiirgus dektoritena Energiatsoon Elektronkatte
ehk energiatsoonideks. Em Energiatasemed üksikaatomis Energiatsoonid kristallis Ek Elektronid saavad vastu võtta välist energiat ainult siirete kaudu vabadele kõrgematele tsooni asustamatele alatasemetele. Elektroni laineomaduste tõttu ei saa nad omada energiat täidetud ja tühja tsooni vahel, seepärast nimetatakse vahemikku keelutsooniks. Energia suurenemisel suurenevad lubatud energiatsoonide laiused ja vähenevad neid eraldavate keelutsoonide laiused. Metallides valentstsoon piirneb juhtivustsooniga ( ühtaegu mõlemad tsoonid ). Selles on külluses elektrone, mispärast metallid on suurepärased elektrijuhid. Energiatsoonid metallides, pooljuhtides ja dielektrikutes : E JUHTIVUSTSOON JUHTIVUSTSOON KEELUTSOON VALENTSTSOON VALENTSTSOON 13
ossa. DIELEKTRIKU energiatsoon väliskihi elektronide energiatsoon on elektronidega täielikult täidetud. Elektronidel puudub liikumisvabadus, kuna vabad astmed puuduvad. POOLJUHI energiatsoon väliskihi elektronide energiatsoon on elektronidega täielikult hõivatud, kuid keelutsoon on kitsam kui dielektrikutel. 6. Selgita mõisteid keelutsoon, valentsitsoon ja juhtivustsoon. Lk 60 KEELUTSOON energiatsoon, mille vastav energivahemik on elektronidele laineomaduste tõttu keelatud VALENTSTSOON viimane elektronidega täielikult täidetud lubatud tsoon JUHTIVUSTSOON valentstsoonile järgnev elektronidega täitmata või osaliselt täidetud lubatud tsoon 7. Milliseid kahte juhtivustüüpi eristatakse pooljuhtides? Lk 61 Eristatakse elektronjuhtivus (n-tüüpi) ja aukjuhtivus (p-juhtivus). 8. Selgita augu mõistet pooljuhtide (üldiselt tahkiste) füüsikas ja kirjelda aukjuhtivuse protsessi. Lk 61 Auk on vaba tase, mis tekib siis kui pooljuhis on siirdatud osa elektrone
6. Miks tekivad tahke aine moodustumisel energiatsoonid? viies aatomid üksteise lähedusse, nii et toimub korrastatud kristallstruktuuri teke siis aatomite elektronide ja tuumade vahel algab koosmõju. Koosmõju tulemusena N aatomi elektronnivood jagunevad N üksteise ligidal paiknevaks elektronnivooks, mis moodustavad kogumiku (energiatsooni) 7. Materjalide neli võimalikku tsoonistruktuuri? 8. Millised on metallide tsoonistruktuurid? 1) täis valentstsoon ja normaalolekus tühi juhtivustsoon osaliselt kattuvad, 2) valentstsoon vaid osaliselt täidetud elektronidega 9. Milline tsoonistruktuur vastab pooljuhtidele ja isolaatoritele? olekud valentstsoonis on täidetud ja puudub kattumine valents- ja juhtivustsooni vahel. Valents ja juhtivustsoon on eraldatud teineteisest nn. keelatud tsooniga. . 10. Miks metallid on väga head elektrijuhid? Üldiselt on elektrivälja poolt antav energia
ja 2. perioodi elementide ühendite MO diagrammid. - 26. Selgitage (lähtudes MO teooriast) metallide, isolaatorite ja pooljuhtide vahelisi erinevusi. Metallis osalevad MO-de moodustamisel kõik aatomid. Tulemuseks on väga suur hulk MO-sid, mis on energeetiliselt üksteisele väga lähedal, moodustades pideva tsooni, keelutsooni pole. Täielikult täidetud MO-d moodustavad valentstsooni, tühjad ja osaliselt täidetud aga juhtivustsooni. Kui valentstsoon ja juhtivustsoon pole energeetiliselt eraldatud, on tegemist elektrijuhiga. Kui tsoonide vahe on suur (täidetud ja tühjade MO-de vahel on suur vahe), on tegu isolaatoriga. Pooljuhis on valentstsoon ja juhtivustsoon lähedaste energiatega. 27. Kirjutage ideaalgaasi seaduse valem. Arvutage P, V, T või n väärtus antud tingimustel või peale tingimuste muutumist. PV=nRT n-universaalne gaasikonstant 8,314 Pa*m3/mol*K. 28. Leidke gaasilise aine molaarmass gaasi tihedusest ja vastupidi
rõhutingimustes erinevates kristallsüsteemides. 8.Kriteeriumid, mis määravad ära lisandi asendusliku lahustumise astme? a)aatomi suuruse faktor b)elektronegatiivsuse faktor e)asendatava ja asendava aatomi valents d)struktuuri faktor 9.Statsionaarne difusioon?on difusiooni erijuht, kus ei toimu protsessi kaigus muutusi nii allika kui ka difusiooni lõpp-punkti lisandi konsentratsioonis. 10.Omajuhtivusega pooljuht? on omane temperatuuri 0 k taielikult täidetud valentstsoon, mis on eraldatud tühjast juhtivustsoonist suhteliselt kitsa keelutsooniga. 11.Valguse neeldumine mittemetallilises materjalis? Kui valgus läbib mittemetallilist materjali siis osa valgust neeldub:I/Io=e^(-alfa*l) 12.Eutektikapunkt? Peenkristallilise segu tahkumise või sulamis temp. ja koostise sõltuvuse graafikul vastab eutektikumile eutektiline punkt, milles eutektikum on tasakaalus tahkete faasidega. 13.Kahefaasilisele süsteemile faaside koostist olekudiagrammist? Tuleb lugeda
erilistes püsivates ehk kvantolekutes, millest igaühele vastab kindel energia E(n). Püsivas olekus aatom ei kiirga. 2) Üleminekul ühest püsivast olekust teise aatom kiirgab või neelab elektromagnetkiirguse kvandi ehk footoni. Kiiratud või neelatud footoni energia võrdub püsivatele olekutele vastavate energiate vahega hf=E(m)-E(n) Tahkiste struktuur Metall Metallides ei jätku viimases valentstsoonis elektrone, et seda täielikult täita. Valentstsoon on poolikult täidetud ja pinge rakendumisel metallile on elektronidel küllalt vabu energiatasemeid kuhu minna. Pinge rakendamine tähendab seda, et elektronidele ,,pakutakse" lisaenergiat. Energiat saavad nad vastu võtta siis, kui nad saavad siirduda kõrgematele energiatasemetele. Selle tulemusena tekib metallis elektrivool. Metall juhib elektrit seetõttu, et elektronid saavad kergesti liikuda kõrgematele energiatasemetele. Metallis on valentstsoon ja juhtivustsoon ülekattumisega
Igas tsoonis on N lähedase energiaga nivood, kus N on aatomite arv kristallis. Osa energiatsoone võivad olla tühjad või ainult osaliselt töidetud elektronidega. Tahkete materjalide elektrilised omadused sõltuvad energiatsoonide ehitusest ja täitumisest elektronidega. Tsooni, mis tekib kõigr suurema energiaga elektronidest nim valentstooniks. Järgmine on juhtivustsoon- nende vahel asub keelutsoon. Energiatsoonide ehituseks on neli võimalust: 1)valentstsoon on osaliselt tühi. Fermi nivoole vastab energia Ef, see on omane metallidele, mille väliskihis on 1 s elektron.valentselektronis on N elektroni. Tsoonideagramm on elektrijuhid; 2)valentstsoon on täis, kattub osaliselt juhtibvustsooniga.´ tsoonidiagrammiga ained on juhid. 3) valentstsoon on täis, ei kattu juhtivustsooniga, keelutsoon on lai. Materjal dielektrik.; 4( sama, keelutsoon on kitsam. Materjal pooljuht. Fermi nivoo asub keelutsooni keskel.
Tahkete materjalide elektrilised omadused sõltuvad energiatsoonide ehitusest ja nende täitumisest elektronidega. Tsooni, mis tekib kõige suurema energiaga elektronidest (valentselektronidest) nimetatakse valentstsooniks. Järgmine suuremate lubatud energiatega tsoon on juhtivustsoon. Nende vahel asub keelatud energiate tsoon keelutsoon. Energiatsoonide ehituseks on neli võimalust (joonisel 11-3 on esitatud tsoonid 0 K juures): 1) Valentstsoon on osaliselt tühi (joon 11-3a). Kõrgeimat nivood, mis 0 K juures on elektronidega täidetud, nimetatakse Fermi nivooks. Temale vastab energia . Selline tsoonide ehitus on omane metallidele, mille väliskihis on üks s elektron (näiteks Cu, millel on väliskihis elektron). Valentstsoonis võib olla 2N elektroni, on aga ainult N elektroni. Sellise tsoonidiagrammiga ained on elektrijuhid. 2) Valentstsoon on täis, kuid kattub osaliselt juhtivustsooniga (11-3b)
osa elektrijuhtivusest. Paar elektron-auk võib pooljuhis tekkida näiteks pealelangeva valguse footoni arvel. Sellest ka nimetus pooljuht, sest tema elektrijuhtivus on muudetav mingi välisteguri (valgus, temperatuur) mõjul. Kokkuvõtvalt: Metall tahkis, milles viimane hõivatud energiatsoon on vaid pooleldi täidetud elektronidega (juhtivustsoon) või on moodustunud hübriidtsoon, st valents- ja juhtivustsoon osaliselt kattuvad, keelutsoon puudub. (E=0) Pooljuht tahkis, mille valentstsoon on täielikult täidetud, kuid keelutsoon on kitsas (E=13eV). Valguse või soojuse mõjul saavad elektronid siirduda valentstsoonist juhtivustsooni. Dielektrik tahkis, milles esinevad vaid täielikult täidetud ja päris tühjad energiatsoonid. Keelutsooni suure laiuse tõttu ei saa välimine elektriväli põhjustada elektronide siirdumist valentstsoonist juhtivustsooni. (E=510eV). 7. teema tuumafüüsika, mõisted
Lubatud tsoonid on lahutatud omavahel keelutsoonidega. Probleem on selles, kas elektronil on piisavalt energiat, et keelutsoonist üle hüpata ühest lubatud tsoonist teise. Selle põhjal eristataksegi metalle, pooljuhte ja dielektrikuid. Metall tahkis, milles viimane hõivatud energiatsoon on vaid pooleldi täidetud elektronidega (juhtivustsoon) või on moodustunud hübriidtsoon, st valents- ja juhtivustsoon osaliselt kattuvad, keelutsoon puudub. (E=0) Pooljuht tahkis, mille valentstsoon on täielikult täidetud, kuid keelutsoon on kitsas (E=1 3eV). Valguse või soojuse mõjul saavad elektronid siirduda valentstsoonist juhtivustsooni. Dielektrik tahkis, milles esinevad vaid täielikult täidetud ja päris tühjad energiatsoonid. Keelutsooni suure laiuse tõttu ei saa välimine elektriväli põhjustada elektronide siirdumist valentstsoonist juhtivustsooni. (E=510eV). Tuumafüüsika Aatomi tuum koosneb nukleonidest prootonidest ja neutronidest, mida hoiavad koos
Tahkiste struktuur Tahkis säilitab oma kuju ja ruumala. Molekulid saavad võnkuda tasakaaluasendi ümber, kuid tasakaaluasendit muuta ei saa U0>>E Energiatsoonid tahkistes: Metall tahkis, milles viimane hõivatud energiatsoon on vaid pooleldi täidetud elektronidega (juhtivustsoon) või on moodustunud hübriidtsoon, st valents- ja juhtivustsoon osaliselt kattuvad, keelutsoon puudub. (E=0) Pooljuht tahkis, mille valentstsoon on täielikult täidetud, kuid keelutsoon on kitsas (E=13eV). Valguse või soojuse mõjul saavad elektronid siirduda valentstsoonist juhtivustsooni. Isolaator tahkis, milles esinevad vaid täielikult täidetud ja päris tühjad energiatsoonid. Keelutsooni suure laiuse tõttu ei saa välimine elektriväli põhjustada elektronide siirdumist valentstsoonist juhtivustsooni. (E=510eV).
ruumvõre. 34. Kuidas kujunevad dielektrikud ja pooljuhid? Dielektrikud ja pooljuhid kujunevad mittemetallides, kus aatomite kõrgeimal hõivatud tasemel on kaks vastasspinnidega elektroni ja täitub kristalli kõrgeim hõivatud tsoon. 35. Mida nimetatakse keelutsooniks? Mida nimetatakse valentsitsooniks? Keelutsoon on vahemik, mis ei omanda energiaid elektronide laineomaduste tõttu. Valentstsoon on kristallaatomite väliskatte elektronide ehk valentselektronide tsoon. 36. Kuidas saab tsoonide järgi eristada pooljuhti dielektrikust? Pooljuhte eristab dielektrikutest keelutsooni laius. Kui see tsoon on suhteliselt kitsas on tegu pooljuhiga, kui lai siis dielektrikuga. 37. Miks on metallid suurepärased elektrijuhid? Miks dielektrikud ei juhi voolu? Metallide pooltäidetud tsoonis on külluses nii elektrone kui ka vabu alatasemeid ehk energia kasvuruumi
n = 2 0 W n = 1 valentsnivoolt nivoole n=3, l=0 vajalik energiakvant. Kristallis 0 elektronide energianivood nihkuvad, nihe on umbes 10-20 eV (Pauli printsiip!) Tekivad energiatsoonid. Valentsnivoodel on naaberaatomite elektronide vastastikune mõju suurem ja nivoodest tekivad laiemad tsoonid Tsoonide teke - Valentsnivoode nihkumisega tekib valentstsoon. Liituvad ka valentselektronide nivoodest kõrgemal asuvad elektronidega täitmata energianivood. Neist moodustub vabatsoon. Kui valentstsoonis osa võimalikke olekuid on elektronidega täitmata, tekib nende vaba liikumise võimalus kristalli piires. Selliste omadustega on kõik metallid. Vaba liikumine kristalli piires võimaldab selles elektronide suunatud liikumist, st elektrivoolu. Selleks, et elektron saaks kristalli piires vabalt liikuda, tuleb talle anda
8.Nimeta kriteeriumid, mis määravad ära lisandi asendusliku lahustumise astme? a)aatomi suuruse faktor b)elektronegatiivsuse faktor c)asendatava ja asendava aatomi valents d)struktuuri faktor 9.Mis on statsionaarne difusioon? Statsionaarne difusioon on difusiooni erijuht, kus ei toimu protsessi käigus muutusi nii allika kui ka difusiooni lõpp-punkti lisandi konsentratsioonis. 10.Mis on omajuhtivusega pooljuht? Omajuhtivusega pooljuht on omane temepratuuri 0 k täielikult täidetud valentstsoon, mis on eraldatud tühjast juhtivustsoonist suhteliselt kitsa keelutsooniga. 11.Kuidas toimub valguse neeldumine mittemetallilises materjalis? Kui valgus läbib mittemetallilist materjali siis osa valgusest neeldub: I/Io=e ^(-alfa*l) 12.Mis on eutektikapunkt? Peenkristallilise segu tahkumise või sulamis temp. Ja koostise sõltuvuse graafikul vastab eutektikumile eutektiline punkt, milles eutektikum on tasakaalus tahkete faasidega. 13
Elektrivool on laengukandjate suunatud liikumine. Tahkistes on sellisteks laengukandjateks elektronid. Elektrivälja poolt antavat energiat saavad elektronid juurde võtta ainult siirete kaudu vabadele kõrgematele energiatasemetele tsooni asustamata alamtasemetele. Metalli korral on pooltäidetud nii juhtivus kui ka valentstsoon, on piisavalt nii elektrone kui ka vabu alamtasemeid, mille arvel energia saab kasvada. See tagab juhtivuse. Dielektriku korral on juhtivustsoon tühi ja energiaruumi piisavalt kuid seal puuduvad elektronid, mis saaksid liikuma hakata. Valentstsoonis on elektrone, kuid puuduvad vabad alamtasemed, et elektronid saaksid liikuda. Pooljuhi keelutsoon on suhteliselt kitsas. Osad valentselektronid saavad soojusliikumise energia
tühjad või täidetud vaid osaliselt. Materjali elektrilised omadused on otseselt määratud tema tsoonistruktuuriga, s.o. kuidas paiknevad tema energiatsoonid ja mil määral on nad täidetud. Tsooni, kus paiknevad kõrgeima energiaga ehk valentselektronid, nimetatakse tavaliselt valentstsooniks. Järgmist lubatud, tavaliselt tühja, energiatsooni nimetatakse juhtivustsooniks. O K juures on võimalik neli erinevat tsoonistruktuuri (joon. 7.20). Joonis 7.20a juhul on valentstsoon vaid osaliselt täidetud elektronidega. Energiat, mis vastab kõrgemale täidetud olekule temperatuuril O K nimetatakse Fermi nivooks E f . Antud tsooniskeem on tüüpiline metallidele, mis omavad ühe s valentselektroni (Cu). Iga vase aatom omab ühe 4 s elektroni. Kui tahke aine sisaldab N aatomit, siis 4s tsoon on võimeline mahutama 2N elektroni. Seega vaid pooled lubatud elektroninivoodest on 4s valentstsoonis täidetud. Teine tsooniskeem (joon. 7.20b) on samuti omane metallidele
orbitaalidel on rohkem elektrone kui lõdventavatel orbitaalidel. Tahkised jagunevad: metallid (elektrijuhtivus temperatuuri tõustes kahaneb); pooljuhid (elektrijuhtivus temperatuuri tõustes kasvab); isolaatorid (ei juhi elektrit); ülijuhid (elektritakistus on 0, enamasti väga madalal temperatuuril). Sidemed tahkistes. Tahkistes on kogu ainetükk hõlmatud suure hula (=NA) molekulorbitaalide poolt. Nende energiad on väga lähedased, moodustades tsoone: valentstsoon on elektronidega täidetud; juhtivustsoon on (isolaatoris) täitmata või (metallis) osaliselt täidetud; keeultroonis (bänd gap) elektronid paikneda ei saa. Metallis pole kõrgeima valentstsooni ja madalaima juhtivustsooni vahel keelutsooni, mistõttu elektronid saavad liikuda kogu metallitüki ulatuses. Dopantide e lisandite lisamisega saab keelutsooni tekitada täiendavaid elektrone või “auke”, mis teevad võimalikuks kogu tänapäeva pooljuhttehnoloogia. 13. PEATÜKK
püsib muutumatuna. Laserdioodi struktuur on näidatud joonisel 4.13. Joonis 4.13. Laserdioodi struktuur (a) ja stimuleeritud kiirguse spektri näide (b) [2]. Valguskiirguse tekkimiseks on vaja, et stimuleeritud rekombinatsioone koos kvantide ehk footonite eraldumisega toimuks rohkem kui kvantide neeldumisi. Selleks tuleb siirde piirkonnas luua olukord, mispuhul aatomite kõrge energeetiline nivoojuhtivustsoon on elektronide poolt hõivatum kui madalam ehk valentstsoon. Selline pöördhõive on saavutatav laengukandjate intensiivse injektsiooniga heterosiirdesse GaA1As/GaAs. Selleks on vaja pärivoolu tihedusega vähemalt 5 A siirde ristlõike 1 mm2 kohta. Kuna laseri joonmõõtmed siirde tasapinnas on c.a. 0,1 mm, siis kujuneb nn pöördhõive reziim juba 50 mA vooluga. Kirjeldatud tingimustel tekib valguskvante rohkem kui neid neeldub, sest pöördhõive tõttu on valentsvööndi lae lähedal väga vähe elektrone, millele kvandi energia saaks kanduda
annaabi.ee 
