Начнем мы с рссмотрения атома.

Кристаллическая решетка

Мы изучили: ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Мы подошли с вами к разделу «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ».

Теперь уже в рамках данного курса мы рассмотрим данный раздел с точки зрения микроэлектроники, т.е. все характеристики, свойства и прочее по полупроводниковым материалам, что позволит перейти к следующим курсам: полупроводниковым приборам, устройствам, основам схемотехники.

Начнем мы изучение с раздела строение твердых тел

Строение твердых тел (Пасынков МЭТ) стр.9

Основными элементарными частицами, из которых построены все известные вещества, являются атомы, ионы, молекулы и их сочетания.

Начнем мы с рссмотрения атома.

Атом состоит из атомного ядра и электронов.

Атомные ядра в свою очередь СОСТОЯТ из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия.

Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре:

- число протонов (Z) соответствует порядковому номеру атома в периодической системе Менделеева и определяет принадлежность к некоторому химическому элементу;

- число нейтронов (N) определяет принадлежность к определнному изотопу этого элемента.

Число протонов (Z) определяет суммарный электрический положительный заряд (Ze) атомного ядра и число электронов в нейтральном атоме, задающее его размер.

Если число протонов совпадает с числом электронов, то Атом в целом оказывается электрически нейтральным.

Если число протонов не совпадает с числом электронов, то Атом оказывается положительно или отрицательно заряженным и назывется ионом.

Если ядро можно представить в виде шарика, то его радиус можно довольно точно представить по формуле

Формула: r=1,3*10^-15 А^1/3, (1.1)

Где: А- массовое число элемента (относительная атомная масса)

В простейшей планетарной модели атома (предложенной Резерфордом) электроны вращаются по круговым орбитам односительно ядра (См. рисунок)

При движении электронов по орбите возникает центробежная сила

F= , (1.2)

Сила, действующая между электроном и ядром, подчиняется закону Кулона:

F= , () (1.3)

Условию сохранения радиуса орбиты отвечает равновесие центробежной силы, отталкивающей электрон от ядра и Кулоновской силой притяжения

= . (1.4)

Где:

м - масса электрона;

V - скорость движения электрона по орбите:

Z – атомный номер, е – заряд электрона, Zе – заряд ядра;

- электрическая постоянная =8,5*10-12 Ф/м

Полная энергия электрона Э в атоме складывается из кинетической энергии движения по орбите Эк и потенциальной энергии Эп обусловбенной полем протонов

Формула:

Э= ­­ - (1.5)

Для устранения протворечий планетарной модели Резрфорда Бор пастулировал квантовые условия для движения електрона в атоме, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергитических состояниях, не излучает энергию.

В результате Бор установил, что стабильны только те орбиты, для которых момент количества движения оказываются кратными постоянной Планка:

Формула: m_e×V×r= , (1.6)

Где: n - главное квантовое число n – 1,2,3…

h - постоянная Планка, h =6,62*10-34 Дж*с

Исходя из этого, можно определить те энергетические уровни и

радиусы стационарных орбит, которые может иметь электрон в атоме

r= (1.7)

где n=1, 2, 3, … cоответствующие последовательным квантовым числам радиусы орбит.

r₁=0,53×10^{-10 м,} r₂=2,12×10^{-10 м,} r₃=4,78×10^{-10 м,} r₄=8,5×10^{-10 м,} r₅=13,3×10^{-10 м.}

Е_n= - = - × (1.8) к

Таким образом, химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной и строением внешней не полностью заполненной электронами оболочки.