Почему при обычных условиях такие кристаллические вещества, как германий и кремний, являются плохими проводниками?

Германий и кремний, как кристаллические полупроводники, обладают определенными электрическими свойствами, которые делают их плохими проводниками при обычных условиях. Это связано с их электронной структурой и ширина запрещенной зоны.

1. Запрещенная зона: В полупроводниках есть запрещенная зона, которая разделяет валентную зону, заполненную электронами, и зону проводимости, в которой могут находиться свободные носители заряда (электроны или дырки). Ширина запрещенной зоны в германии и кремнии составляет около 0,7 электрон-вольт (эВ) и 1,1 эВ соответственно. Это означает, что энергия, необходимая для того, чтобы электронам перейти из валентной зоны в зону проводимости, достаточно высока. При обычных условиях (нормальных температурах), большинство электронов в германии и кремнии находятся в валентной зоне, и переходы в зону проводимости не происходят, что делает их плохими проводниками.
2. Тепловое возбуждение: При повышении температуры электроны в полупроводнике могут получить достаточно энергии для перехода в зону проводимости. Однако, даже при комнатной температуре, для германия и кремния требуется значительное количество тепловой энергии для того, чтобы значительная часть электронов перешла в зону проводимости. Это означает, что при обычных условиях, когда полупроводники находятся в состоянии равновесия, количество свободных носителей заряда в германии и кремнии невелико, и они обладают плохой электрической проводимостью.
3. Тепловое нагружение: Одним из способов повышения проводимости германия и кремния является их тепловое нагружение, то есть нагревание до высоких температур. При достаточно высоких температурах электроны получают достаточно энергии для перехода в зону проводимости, и количество свободных носителей заряда увеличивается, что приводит к улучшению проводимости полупроводника.

В целом, германий и кремний являются полупроводниками средней проводимостью при обычных условиях. Однако, их свойства могут быть значительно улучшены путем легирования (введение примесей) и дополнительного обработки, что делает их полезными для широкого спектра электронных устройств и приложений.