Диоды и транзисторы: основные электронные строительные блоки

Описание: Используя предоставленный вами исходный материал, я могу подробно объяснить фундаментальные свойства зонной структуры изолятора и то, как эта структура обеспечивает его изолирующие свойства.

Описание на вашей карточке точно описывает фундаментальную зонную структуру изолятора.

Подробное объяснение зонной структуры изолятора

Энергия электронов в твердом теле определяется энергетическими **'зонами'', образованными сочетанием атомов. Эти зоны образуются путем разделения отдельных энергетических уровней на множество близко расположенных энергетических уровней. Подобно тому, как в одном атоме нет энергетических уровней между определенными энергиями электронов, в твердом теле существуют **'запрещенные'' области между энергетическими зонами.

Зонную структуру изоляторов часто изучают, сравнивая ее со структурой проводника и полупроводника.

#### Основные свойства

Изолятор обычно характеризуется двумя верхними энергетическими зонами: валентной зоной и зоной проводимости:

1. *Валентная зона*
В изоляторе валентная зона полностью заполнена.
Валентные электроны обычно связаны с атомами и способствуют образованию межатомных связей.

2. *Зона проводимости*
В изоляторе зона проводимости пуста.
Электроны в зоне проводимости могут свободно перемещаться в атомной решетке.

3. *Запрещенная энергетическая щель*
Изолятор имеет очень широкую щель (запрещенную энергетическую щель) между валентной зоной и зоной проводимости.
Эта щель настолько широка, что электрон не может через нее пройти.

#### Препятствие току

Способность материала проводить ток зависит от наличия свободных электронов в зоне проводимости и вакантных энергетических состояний, в которые электроны могут переходить.

В изоляторах, поскольку валентная зона полностью заполнена, нет вакантных состояний, куда могли бы перейти электроны. Чтобы электрон мог переместиться, он должен перейти на уровень энергии, расположенный немного выше, чем у неподвижного электрона. Однако в изоляторе электроны должны перейти в зону проводимости, что невозможно, поскольку:

Запретная зона между валентной зоной и зоной проводимости очень широка**.
В результате этого электроны не могут перейти на вакантные энергетические уровни внутри изолятора, и, следовательно, ток не может течь**.

Это принципиальное отличие от ситуации в полупроводнике. В полупроводнике валентная зона заполнена, а зона проводимости пуста, но в полупроводнике ширина запрещённой зоны (ширина запрещённой зоны) достаточно узкая, чтобы при комнатной температуре случайный электрон мог получить достаточно тепловой энергии для перехода с самого высокого уровня валентной зоны на самый низкий уровень зоны проводимости. В изоляторе, однако, такой тепловой переход невозможен из-за слишком большой ширины запрещённой зоны.