Эффект сближения атомов проявляется в увеличении общего числа уровней. В реальном теле содержится порядка 1023 отдельных уровней, которые непрерывно распределяются внутри некоторого интервала, образуя зону разрешенных значений энергии (рис.9). Такая же ситуация в основном имеет место для валентных электронов любого атома.
 |
Рис.9
В твердом натрии зона 3S – электронов является внешней, наполовину заполненной. Верхняя граница заполненных уровней приходится на середину зоны. Электрон может перейти на более высокий свободный уровень в этой зоне за счет теплового или электрического возбуждения. Следовательно, твердый натрий обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. На рис.10 зонная структура проводников (натрия). Верхняя зона – частично заполненная зона. Нижние зоны - заполненные электронами.
Если число энергетических уровней в зоне больше
числа электронов в ней, то электроны легко возбуждаются, обеспечивая тем самым
проводимость, если же все уровни в зоне заполнены, то проводимость невозможна
или затруднена.
Например: в кремнии, германии, углероде (алмаз) на P – оболочке
имеются два электрона и возникает смешанная конфигурация S и P – орбиталей
(орбиталь – волновая функция, описывающая данное квантовое состояние), которая
делает особенно благоприятной конфигурацию из четырех атомов, изображенную
на рис.11 (энергия кулоновского отталкивания электронов минимальна).
Рис.11
Волновые функции S и P – электронов образуют одну совершенно пустую гибридную SP – зону и одну заполненную гибридную SP – зону. Заполненная и пустая зоны разделены довольно значительным энергетическим интервалом или зоной запрещенных значений энергии. Для изоляторов типичное значение ширины запрещенной зоны ~ 5 эв и больше. Ширина запрещенной зоны для полупроводников (германия 0,67 эв, кремния 1,12 эв) находится в пределах 0,1 ¸ 3 эв.