Zdroje světla
Budeme se zabývat pouze a jedině zdroji pro optické komunikace, to znamená LED a LASER.
K tomu nejdříve musíme pochopit pásmový model
Nastudujeme si Bohrův model atomu ( to je ten, u kterého obíhají elektrony kolem jádra ) http://artemis.osu.cz/mmfyz/am/am_1_5.htm Vzorečky můžete vynechat. Zhruba uprostřed jsou slupky , to je v podstatě vzdálenost elektronu od jádra. Dole vidíte atomy s několika elektrony. Na základě Pauliho vylučovacího principu se musí každý elektron od druhého něčím lišit, buď slupkou, nebo ....... doplňte si na základě znalostí z Fyziky
Vzdálenost od jádra, tedy slupka, odpovídá energii elektronu.
Pásmový model je závislost energie elektronu na jeho (toho elektronu) poloze v prostoru .
A dál nečtěte, dokud tuto větu nepochopíte a nezažijete
Na svislé ose je energie elektronu v J (později uvidíme, že existují lepší jednotky) , na vodorovné ose je vzdálenost od nějakého referenčního bodu. Energie je závislá na poloze v prostoru. To znamená, že bychom potřebovali tři osy , x,y,z . A další osu na tu energii. Na papír je tohle nenakreslitelné. Proto se běžně používá jenom řez, ze tří os prostoru máme na papíře nakreslenou jenom jednu - x . Pásmový model se samozřejmě používá pro různé výpočty , v počítači není problém udělat čtyřrozměrné pole, ale na papír to rozumně nejde.
Mějme teď atom vodíku. Ten má (sem dosaďte kolik) elektronů. Tímto atomem vodíku budeme pohybovat ve vakuu, aby na něj nic nepůsobilo. Energie elektronu(ů) bude tedy v závislosti na prostoru ...... , Nakreslete si to ! A teprve potom přejděte na další stránku
Pásmový model izolovaného atomu vodíku
Nakreslili jste doufám tohle. Ještě jednou se podíváme a ukážeme si prstem: tady je vzdálenost .... tady je energie ... a vidíme, že energie v závislosti na vzdálenosti je ......
Já fakt vím, proč se to máte teď naučit. Občas se stane ( a to nejen u studentů, ale i na konferencích ! ) že někdo ukazuje krásné grafy ,a přitom vůbec netuší, co ty grafy znamenají .
Když si teď vezmeme jeden atom hélia, a ve vakuu, tak jeho pásmový model bude vypadat takto:
Proč ? No má dva elektrony !
Odbočka: lepší jednotka pro energii
Joule pro energii je sice hezká fyzikální jednotka, ale pro energii elektronu nepoužitelná, neb je příliš velká. Proto používáme jinou jednotku – elektronvolt Ev . Je to energie, kterou dostane (nebo ztratí) elektron, když překová rozdíl potenciálů 1V. Máme tedy ve vakuu dvě elektrody . Mezi nimi je napětí 1V. Elektron vyletí z jedné elektrody a dopadne na druhou. Přitom získá energii 1 eV. Je přitom úplně jedno, po jaké dráze se ten elektron pohybuje. Jeho energie závisí pouze na napětí mezi elektrodami. Pole s touto vlastností se nazývá potenciální. Elektrostatické pole je pole potenciální.
No a teď - kolik joulů je 1EV ? Připomeneme si známou rovnici W = U.Q Q je samozřejmě náboj elektronu, U je 1V , a dosadíme !
1eV = ........ J . Spočítat a napsat.
A dále pokračujeme s pásmovým modelem. My samozřejmě potřebujeme polovodič, jako je křemík, galium, germanium ...... To jsou pevné látky s množstvím elektronů. Naštěstí nás zajímají pouze ty elektrony, které jsou ve valenční slupce . Ty pod nimi mají jenom nepatrný vliv na chování polovodiče. Další věc je, že platí Pauliho vylučovací princip. To znamená, že elektrony v atomech, které jsou blízko, nemohou mít stejnou energii. Vezměme si pět atomů. a dejme je ve vakuu blízko sebe. Pásmový model pak bude vypadat takto:
Je tam pět různých energií, máme pět atomů hodně blízko sebe. Protože se ta pětice může v prostoru pohybovat kamkoli a nic na ni nepůsobí, je závislost energie na vzdálenosti přímka, energie je stále stejná.
No a teď si už vezmeme doopravdický kus křemíku nebo jiného polovodiče. Ten má mnoho atomů natlačených u sebe. Takže budeme mít strašně moc čar, které budou hodně blízko u sebe. Tohle se nedá nakreslit, a hlavně, žádnou metodou se nedají rozlišit energie, které jsou hodně blízko u sebe. Nakreslíme proto pás nebo pásmo , odtud pásmový model
Opět je ro závislost energie elektronu na poloze atomu ! Pokud máme homogenní kus křemíku, jsou všechny atomy stejné, takže když se pohybujeme tím krystalem (osa x) , tak jsou energie stále stejné.
Již dříve jsme řekli, že nás budou zajímat pouze elektrony, které jsou ve vazební slupce, tedy ty nejvzdálenější od jádra. Ty mají samozřejmě nějakou energii a pás jejich energií se nazývá valenční pás. Pokud se elektron urve z vazby a začne se pohybovat krystalem, vede proud. Takovýto elektron má samozřejmě větší energii než elektron valenční, proto je vodivostní pás nad valenčním.
A stále si dokola opakujeme, že na vodorovné ose je poloha elektronu, na svislé je jeho energie.
Uprostřed je takzvaný „zakázaný pás“ . To jsou energie, které elektron nemůže mít. V literatuře najdete mnoho tvrzení typu „elektron přeskočí zakázaný pás ... elektron nemůže být v zakázaném pásu ....“ Tohle všechno si stále překládejte do „energie elektronu se skokem zvětší ..... elektron nemůže mít energii.....“
Podle šířky zakázaného pásu se látky dělí na:
|
