Законы теплового излучения Фотоэффект Квантовый гармонический осциллятор Операторы энергий Ядерная  модель атома Спин  электрона Квантовые  генераторы Бозоны  и фермионы Зонная  теория твёрдых тел Электропроводимость  металлов


Курс лекций по физике

Контактные  явления

Контакт двух проводников

Каждый проводник характеризуется своей работой выхода Ав и энергией Ферми ЕF.

Энергия Ферми играет роль максимальной кинетической энергии электрона при условии, что Т = 0. Тогда электрон с минимальной (почти нулевой) кинетической энергией обладает полной энергией Еmin , которая совпадает с его потенциальной энергией внутри проводника.

Значение энергии, отвечающей уровню Ферми, в статистике Ферми-Дирака имеет смысл химического потенциала для электронов. Согласно статистической физике химический потенциал системы, части которой могут обмениваться частицами, должен быть одинаковым во всех точках системы. То есть при контакте двух проводников энергии ЕF1 и EF2 должны иметь одно и то же значение. Ниже приведены схемы уровней энергии в проводниках. Вольт – амперная характеристика идеального р-п-перехода (идеального полупроводникового диода) Для включения р-п-перехода в электрическую цепь на кристалл с обеих сторон наносят специально изготовленные контакты, имеющие очень малое сопротивление. В результате получают полупроводниковый диод.

 до контакта после контакта

  Электроны из области 1 с более высоким уровнем Ферми переходят в область 2 с меньшим уровнем Ферми, и область 1 приобретает положительный избыточный потенциал, а область  2 - отрицательный. В результате выравнивания уровней энергии Ферми возникает внешняя контактная разность потенциалов

и внутренняя контактная разность потенциалов

 При очень высокой концентрации электронов в проводниках толщина переходного слоя оказывается очень малой – порядка одного межатомного расстояния и средней длины волны де-Бройля электрона. Поэтому электроны относительно свободно проходят через переходный слой.

Рассмотрим два проводника, сваренных в областях стыка А и В .

  Если температура в точках А и В одинакова (ТА = ТВ) то ток в цепи не потечёт, поскольку стыки полностью идентичны. Если ТА > TВ , то в цепи потечёт ток, появление которого обусловлено несколькими причинами.

 1) Работа выхода и энергия Ферми у различных веществ по разному зависят от температуры, вследствие чего контактная разность потенциалов в областях стыков будет разная и появляется термо-ЭДС EТ , которая сложным образом зависит от материалов проводников 1 и 2  и температуры стыков.

 2) В области горячего стыка А средняя скорость электронов больше чем в области стыка В и возникают диффузионные потоки электронов от А к  В, которые зависят от материала и поэтому в проводниках 1 и 2 будут разные.

  3) Разные температуры в областях А и В приводят к появлению тепловых потоков фононов , которые, взаимодействуя с электронами, передают им свой импульс и тем самым увлекают их за собой. Потоки электронов будут направлены от горячих областей к холодным, но они будут различными для проводников из разных материалов.

  Фононом принято называть квант энергии колебаний квантового осциллятора. Понятие фонона распространяют и на упругие колебания в твёрдом теле. Считают, что фонон подобно фотону обладает такими свойствами частицы как энергия  и импульс  . При взаимодействии фононов между собой и с другими частицами их энергию и импульс необходимо учитывать при записи законов сохранения энергии и импульса.

 Появление тока в цепи можно использовать в тепловых генераторах тока, но  к.п.д. таких генераторов на проводниках очень мал (доли процента).


Собственная и примесная  проводимость полупроводников