Металлы, изоляторы полупроводники

Мы уже знаем, что атомы в твёрдом теле расположены в определённом пространственном порядке (см. рис. 1). Правильнее сказать, что в пространстве расположены в порядке не атомы, а атомные ядра. Что же касается электронов, то они в разных телах ведут себя по-разному.

В некоторых телах все электроны прочно удерживаются вблизи ядер. Такие тела называются изоляторами или диэлектриками. В других телах — в металлах — часть электронов свободно или почти свободно странствует по всему объему, занимаемому телом.

Чтобы понять причину столь различного поведения электронов в металлах и в изоляторах, надо учесть, что расстояния между атомными ядрами в твёрдых телах таковы же, как размеры самих атомов. Поэтому каждый электрон находится здесь не только в поле ядра его собственного атома, но и в поле соседних ядер. Если расположение атомов таково, что поля соседних ядер сравнительно малы, электрон удерживается в определённом атоме. Если же поля соседних ядер велики, то силы, действующие на электрон, уравновешиваются и электрон больше не удерживается ядрами, а странствует по всему телу. Такие электроны называются свободными.

В атомах, где много электронов, одни электроны всё время движутся близко от ядра, другие находятся от ядра значительно дальше. Очевидно, что электроны, близкие к ядру в изолированном атоме, будут продолжать удерживаться им и в том случае, когда этот атом находится в твёрдом теле. Ядра соседних атомов гораздо дальше от них, поля этих ядер значительно слабее, чем поле ядра собственного атома. Эти внутренние электроны не покидают атомов. Отрываются и путешествуют по металлу лишь самые внешние, самые далёкие от ядер, слабо удерживаемые ими электроны.

Эти же внешние электроны переходят от одного атома к другому и при сближении двух разных атомов, например при встрече атома водорода с атомом хлора. В этом случае поле ядра атома хлора отрывает электрон от атома водорода. Теперь и водород и хлор уже не нейтральные атомы, а ионы. Положительный ион водорода и отрицательный ион хлора притягиваются и образуют молекулу. Из таких молекул состоит соляная кислота.

Кроме металлов и изоляторов в природе существует много тел, занимающих промежуточное положение по своим электрическим свойствам. Эти тела называются полупроводниками.

По своему строению полупроводники стоят гораздо ближе к изоляторам, чем к металлам. Все электроны в них связаны с атомами, удерживаются полями ядер. Однако некоторые электроны связаны слабо. Вследствие теплового движения частиц тела такие электроны отрываются от атомов и становятся свободными. Правда, они остаются свободными недолго. Очень скоро они притягиваются теми же или другими ядрами и удерживаются ими. Однако в это же время отрываются другие электроны, и т.

Страница 1 of 212