Теория полос

Зонная теория похожа на теорию молекулярных орбиталей и обеспечивает модель электронного поведения в твердых телах. Напомним, что когда два или более атома объединяются в молекулу, их атомные орбитали перекрываются, образуя молекулярные орбитали дискретных уровней энергии. По мере того, как количество атомов в молекуле увеличивается, увеличивается и количество молекулярных орбиталей.Твердые тела обычно имеют чрезвычайно большое количество атомов, поэтому все твердое тело будет представлено чрезвычайно большим количеством близко расположенных молекулярных орбиталей. В результате группы молекулярных орбиталей будут расположены настолько близко друг к другу, что их можно будет рассматривать как непрерывные диапазоны или полосы энергии, которые могут занимать электроны. Как и молекулярные орбитали, эти полосы разделены энергетическими щелями.Если промежутки слишком велики, электроны не могут их пересечь. В таких проводниках, как медь, валентные электроны находятся в зоне, которая также имеет множество пустых орбиталей. Валентные электроны могут легко перемещаться между орбиталями, позволяя электронам свободно проходить через твердое тело.Эти подвижные электроны ответственны за хорошую электропроводность твердого тела. В моделях полупроводников и диэлектриков рассматриваются две зоны:валентная зона, которая представляет собой зону с самой высокой энергией, которая содержит электроны в основном состоянии, и зону проводимости, которая представляет собой зону, расположенную непосредственно над валентной зоной. Валентная зона практически не имеет пустых орбиталей, что ограничивает способность валентных электронов перемещаться через твердое тело, если они не могут достичь пустых орбиталей зоны проводимости.Такое поведение наблюдается в диэлектриках, таких как стекло, которые имеют большую запрещенную зону между валентной зоной и зоной проводимости. Поэтому диэлектрики обладают плохой электропроводностью. Если ширина запрещенной зоны мала, валентные электроны могут быть возбуждены в зону проводимости и свободно перемещаться между пустыми орбиталями там.Пустые орбитали, которые оставляют возбужденные электроны, также облегчают электронам движение в валентной зоне. Такое поведение наблюдается в полупроводниках, таких как кремний, которые менее проводимы, чем металлы, но более проводимы, чем диэлектрики.