Валентная зона

Вале́нтная зо́на — энергетическая область разрешённых электронных состояний в твёрдом теле, заполненная валентными электронами. В зонной теории это первая зона (если двигаться сверху вниз), целиком или большей частью расположенная ниже уровня Ферми.

Упрощённая зонная структура полупроводника и диэлектрика при нулевой абсолютной температуре с изображением нескольких дополнительных зон помимо валентной зоны и зоны проводимости. Уровень Ферми на рисунке обозначен

\text{[math]}

E_{F}

E_F

.

Верхний край валентной зоны называется её потолком. Его энергия обозначается $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $E_{v}$ $E_{v}$ (от англ. valence (v-) band). Вопрос о численном значении $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $E_{v}$ $E_{v}$ не ставится, так как существенна только разница между энергией этого края и энергией других выделенных уровней (уровня Ферми $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $E_{F}$ $E_F$ , нижнего края зоны проводимости $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $E_{c}$ $E_{c}$ и др.).

Аналогом энергии верхней границы валентной зоны в молекулярных системах (кластерах) является энергия верхней занятой молекулярной орбитали (англ. highest occupied molecular orbital (HOMO)).

В полупроводниках при абсолютном нуле температуры валентная зона заполнена электронами целиком — и электроны не дают вклада в электропроводность и другие кинетические эффекты, вызываемые внешними полями. При конечной температуре происходит тепловая генерация носителей заряда, в результате которой часть электронов переходит в расположенную выше зону проводимости или на примесные уровни в запрещённой зоне. При этом в валентной зоне образуются дырки, участвующие наряду с электронами в зоне проводимости в переносе электрического тока. Дырки в валентной зоне могут также возникать при нетепловом возбуждении полупроводника — освещении, облучении потоком ионизирующих частиц, воздействии сильного электрического поля, который вызывает лавинный пробой полупроводника.

ЛитератураПравить

Kittel, Charles. Introduction to solid state physics. — Hoboken, NJ : Wiley, 2005. — ISBN 047141526X.