У изоляторов, понятно, все без исключения электроны запрятаны в подвал. При обычных условиях зона проводимости их пуста: слишком широка первая запрещенная зона, нет у электронов такой энергии, чтобы они могли перескакивать через нее. Но когда изолятор сильно нагрет, энергия колебаний его ионов в узлах решетки становится большой. Она может передаваться электронам, и те получают достаточно энергичные "шлепки", чтобы иметь возможность перескочить в зону проводимости. Изолятор начинает проводить ток. Это явление так и называется - тепловой пробой.

В сущности для его объяснения даже не надо было привлекать квантовую механику. Ведь то, что электрон попадает в зону проводимости, означает лишь, что он вырвался из того узкого атомного мирка, в котором он дотоле пребывал, и стал почти свободным. А энергия, которая необходима для его освобождения, просто равна ширине запрещенной зоны, разделяющей подвал и первый этаж.

Все это можно представлять так, как будто тепловой "толчок" выбросил электрон из атома, ионизировал атом. А оторвавшийся от атома электрон, еще не имея возможности покинуть кусок изолятора, все же движется в нем совершенно свободно.

Но оказывается, что изолятор становится проводником электрического тока и в том случае, если к нему приложить очень сильное электрическое поле. Постойте, это что-то очень знакомое... ну, конечно, холодная эмиссия электронов из металлов, о которой мы рассказывали в предыдущей главе. Но там металл, а тут ионный кристалл. Там электроны вылетают "наружу", а здесь только из валентной зоны в зону проводимости.

И все же, несмотря на эти различия, явление в обоих случаях действительно одно и то же. И там и здесь работает "чудо" - туннельный эффект.

В самом деле, что такое запрещенная зона, как не потенциальный барьер практически бесконечной (для электрона, разумеется) длины? Это та самая ступенька, которая имеет одну "переднюю" сторону. Электрическое поле, как и раньше, перекашивает ее, создает у нее и "заднюю" сторону. А в результате барьер приобретает конечную длину.

Далее >>>

Атомы, молекулы, кристаллы  |  Происхождение жизни и эволюция [домой]