|
|
עמוד:126
3 . 4 הולכה חשמלית במוליכים למחצה בחומרים המכונים מוליכים למחצה , האלקטרונים החיצוניים קשורים לאטומים בקשר פחות חזק מאשר במבדדים . האנרגיה הדרושה כדי לשחרר אלקטרון חיצוני מהאטום ולהופכו לאלקטרון חופשי היא נמוכה למדי , והדבר משפיע על המוליכות החשמלית של חומרים אלה . דוגמאות למוליכים למחצה , שיש להם שימוש רב בתעשיית האלקטרוניקה , הם היסודות צורן ( סיליקון ) וגרמניום . בחלקו השני של הקורס נלמד , כי האטומים בחומר מוצק מסודרים במבנה גיאומטרי מוגדר המכונה גביש . האלקטרונים החיצוניים של האטום כגביש שוב אינם שייכים לו בלבד , אלא נעשים משותפים לו ולאטום שכן . באיור 3 . 5 מתואר ( באופן סכימתי ) גביש של צורן . בכל אטום יש ארבעה אלקטרונים חיצוניים המשתתפים בקשר הכימי בין האטום לשכניו . כל אחד מאלקטרונים אלה משותף לשני אטומים סמוכים . לכל אטום צורן יש ארבעה שכנים קרובים , שהוא חולק אתם את האלקטרונים החיצוניים , והשותפות הזו יוצרת קשר כ » מ » בין האטומים . התנודות התרמיות של האטומים גורמות לכך שמפעם לפעם אחד האלקטרונים החיצוניים מקבל אנרגיה מספקת והוא משתחרר והופך לאלקטרון חופשי . האלקטרון הזה משאיר אחריו , במבנה הגבישי , מקום ריק המכונה חור . ( hole ) באיור 3 . 5 ב מתואר אלקטרון חופשי אחד וחור אחד . הערה : המהירות הממוצעת של גוף בתנועה שוות תאוצה מקיימת ^ at , v = כי at היא המהירות הסופית והמיצוע הוא בין 0 ל . 0 £ אולם כאשר מחשבים את מהירות הסחיפה הממוצעת , המיצוע הוא על המהירויות של כל האלקטרונים ברגע מסוים ( ולא על המהירות של אלקטרון מסוים לאורך תקופת זמן . ( בעזרת הנחות , שלא נפרטן כאן , על אופי ההתנגשויות בין האלקטרונים ליונים , מקבלים כי מהירות הסחיפה הממוצעת היא ax עתה נחשב rr \ H עכור נחושת.- ממשוואה ( 3 . 7 ) ומטבלה 1 . 1 נובע כי.- 31 s n . i ixiO xw 8 = 2 . 5 xlO ) 1 . 69 xl 0 ( 1 . 6 xl 0 f = ™ 2 m P 8 . 5 xl 0 המרחק הממוצע שהאלקטרון עובר בין שתי התנגשויות עוקבות מכונה מהלך חופש * ממוצע . מכיוון שהמהירות האקראית הממוצעת של אלקטרון במתכת היא , lxio m / s הנתיב החופשי הממוצע של אלקטרון בנחושת הוא : xl 0 6 2 . 5 xlO- m = = X 2 . 5 xl 0 מרחק זה גדול בערך פי 100 מקוטרו של יון נחושת . כיצד יכול האלקטרון לעבור מרחק כזה בלי להתנגש בשום יון , כשעה שהיונים בחומר מוצק "ארוזים" בצפיפות ? לשאלה זו אין תשובה במסגרת המודל הפשוט שתיארנו . הדבר מצביע על כך שהמודל הזה אינו מושלם . מודל טוב יותר מספקת תורת הקוונטים , שבה נדון בחלקו השני של הקורס . כאן נזכיר רק תוצאה אחת של המודל הקוונטי המהלך החופשי הממוצע של האלקטרונים במתכת מתקצר , ככל שהטמפרטורה של המתכת עולה . הדבר קשור להתגברות התנודות התרמיות של היונים החיוביים . זו הסיבה לכך שההתנגדות הסגולית של כל מתכת עולה , כשהטמפרטורה עולה .
|
|