0:00:00.000,0:00:02.070
За да разберем как да използваме [br]полупроводниците,

0:00:02.070,0:00:04.530
за да построим всички тези[br]удивителни изчислителни устройства,

0:00:04.530,0:00:06.210
ще започнем от самото[br]начало,

0:00:06.210,0:00:08.620
чак до разбирането

0:00:08.620,0:00:11.520
защо полупроводниците [br]са полупроводници.

0:00:11.520,0:00:13.070
Имам предвид защо [br]определени материали

0:00:13.070,0:00:13.990
се държат като проводници,

0:00:13.990,0:00:16.530
които са много добри [br]в предаването на електричество

0:00:16.530,0:00:18.870
през себе си, докато други – не?

0:00:18.870,0:00:23.570
За да разберем това, трябва [br]да разгледаме нещата на атомно ниво.

0:00:23.570,0:00:26.490
Може да имаме представа [br]за атомите,

0:00:26.490,0:00:27.323
но познай какво?

0:00:27.323,0:00:28.420
Оказва се, че знанието ни

0:00:28.420,0:00:30.900
за атомната структура не е [br]достатъчно.

0:00:30.900,0:00:32.850
В това видео ще обобщим

0:00:32.850,0:00:34.650
всички неща, които може би[br]вече знаем

0:00:34.650,0:00:35.830
от предишните видеа.

0:00:35.830,0:00:38.620
Ще видим защо настоящото знание

0:00:38.620,0:00:39.830
или настоящата теория за атомите

0:00:39.830,0:00:44.000
не е достатъчна, за да говорим [br]за твърдите вещества като цяло,

0:00:44.000,0:00:45.450
които ще ни интересуват.

0:00:46.620,0:00:48.890
За начало, вече може [br]да имаш представа.

0:00:48.890,0:00:53.160
Може да знаеш, че цялата [br]материя е изградена от атоми.

0:00:53.160,0:00:56.900
Ако избереш един от тях [br]и увеличиш,

0:00:56.900,0:00:59.100
може да знаеш, че самите атоми

0:00:59.100,0:01:01.110
са изградени от по-малки неща.

0:01:01.110,0:01:03.370
В центъра имаме нещо,[br]наречено ядро,

0:01:03.370,0:01:05.000
което има положителен заряд,

0:01:05.000,0:01:07.660
и електроните, които са [br]отрицателно заредени,

0:01:07.660,0:01:08.990
биват привлечени от ядрото

0:01:08.990,0:01:12.210
и се носят около ядрото [br]в различни орбити,

0:01:12.210,0:01:13.620
точно както в Слънчевата система

0:01:13.620,0:01:15.460
планетите се носят около Слънцето.

0:01:15.460,0:01:17.290
Това не е много точен модел.

0:01:17.290,0:01:18.850
Ще се върнем обратно към това.

0:01:18.850,0:01:20.650
Но засега нека използваме [br]този модел.

0:01:20.650,0:01:23.490
Важното нещо е, че има [br]някои електрони,

0:01:23.490,0:01:26.690
като тези, които са силно [br]свързани с ядрото.

0:01:26.690,0:01:28.603
Наричаме ги свързани електрони.

0:01:29.620,0:01:31.750
Свързаните електрони [br]не са отговорни

0:01:31.750,0:01:33.070
за електропроводимостта.

0:01:33.070,0:01:35.300
Докато има други електрони,

0:01:35.300,0:01:37.740
които не са толкова силно [br]привлечени от ядрото

0:01:37.740,0:01:41.210
и те са свободни да се движат

0:01:41.210,0:01:43.280
от един атом в друг.

0:01:43.280,0:01:45.800
Тези електрони наричаме

0:01:45.800,0:01:47.580
провеждащи електрони, [br]или свободни електрони,

0:01:47.580,0:01:50.590
и те са отговорни за [br]електропроводимостта.

0:01:50.590,0:01:51.710
В някои материали

0:01:51.710,0:01:54.640
е много лесно да получиш [br]тези свободни електрони.

0:01:54.640,0:01:56.840
Ще имаш много от тях.

0:01:56.840,0:01:59.440
Наричаме тези материали

0:01:59.440,0:02:00.610
проводници.

0:02:00.610,0:02:02.140
От друга страна, в някои материали

0:02:02.140,0:02:04.690
е много трудно да получиш [br]тези свободни електрони

0:02:04.690,0:02:07.900
затова те са пренебрежимо [br]малко количество.

0:02:07.900,0:02:11.340
Като резултат, те са лоши [br]проводници, или са изолатори.

0:02:11.340,0:02:13.150
И, разбира се, имаме междинните,

0:02:13.150,0:02:15.280
които наричаме полупроводници.

0:02:15.280,0:02:16.600
Мисля, че най-важният въпрос,

0:02:16.600,0:02:18.540
който трябва да си зададем тук,

0:02:18.540,0:02:21.060
е как електронът става свободен?

0:02:21.060,0:02:23.330
Какво го прави свободен [br]и от какво зависи това?

0:02:23.330,0:02:25.120
Това е нещото, което трябва [br]да открием.

0:02:25.120,0:02:27.800
Трябва да разгледаме [br]цялото това нещо

0:02:27.800,0:02:31.610
като твърдо вещество, понеже [br]полупроводниците са твърди вещества.

0:02:31.610,0:02:33.650
Трябва да открием

0:02:33.650,0:02:37.080
какво прави електроните [br]свободни в твърди вещества.

0:02:37.080,0:02:39.850
За да направим това, трябва [br]да преминем отвъд този

0:02:39.850,0:02:43.110
модел на Слънчевата система за атома, [br]който, както споменах преди,

0:02:43.110,0:02:44.300
не е много точен.

0:02:44.300,0:02:47.280
Трябва да разгледаме по-точен модел

0:02:47.280,0:02:49.510
на атомната структура.

0:02:49.510,0:02:50.970
Да направим това.

0:02:50.970,0:02:53.680
Може би вече учи за това по химия.

0:02:53.680,0:02:55.380
Оказва се, че вместо да мислим

0:02:55.380,0:02:59.820
къде са електроните и по [br]какви орбити се движат,

0:02:59.850,0:03:03.340
е много по-добре да ги разглеждаме[br]според тяхната енергия.

0:03:03.340,0:03:05.450
По-добре е да мислим [br]какви са енергиите,

0:03:05.450,0:03:07.000
които електроните могат да приемат.

0:03:07.000,0:03:09.280
Може би вече учи по химия,

0:03:09.280,0:03:11.200
че във всеки атом,

0:03:11.200,0:03:14.940
ако начертая тук енергиите,

0:03:14.940,0:03:18.440
във всеки атом електроните [br]могат да имат само няколко

0:03:18.440,0:03:22.880
специфични стойности[br]на енергията.

0:03:22.880,0:03:24.720
Може би най-ниската енергия,

0:03:24.720,0:03:26.970
която един електрон може да има, [br]е някъде тук.

0:03:26.970,0:03:29.310
Няма да записваме числата тук.

0:03:29.310,0:03:30.960
Няма да разглеждаме това [br]много количествено,

0:03:30.960,0:03:32.010
не се тревожи за това.

0:03:32.010,0:03:33.450
Може би това е най-ниската [br]енергия,

0:03:33.450,0:03:35.000
която един електрон може [br]да притежава.

0:03:35.000,0:03:36.730
Следващата по-висока енергия, [br]която един електрон може да притежава,

0:03:36.730,0:03:38.450
може да е някъде тук,

0:03:38.450,0:03:41.240
а може би следващата[br]може да е някъде тук

0:03:41.240,0:03:42.290
и така нататък.

0:03:42.290,0:03:44.550
Даваме имена на тези [br]енергийни нива.

0:03:44.550,0:03:48.570
Наричаме най-ниското [br]1s енергийно ниво.

0:03:48.570,0:03:50.120
Следващото по-високо става 2s,

0:03:51.170,0:03:54.230
след това идва 2р.

0:03:54.230,0:03:58.984
После имаме 3s и 3р, и така нататък.

0:03:58.984,0:04:01.780
Отново, ако това ти изглежда [br]много ново

0:04:01.780,0:04:03.800
и нямаш идея какво са s и р,

0:04:03.800,0:04:06.650
тогава ще е добре да спреш тук,

0:04:06.650,0:04:09.360
да се върнеш и да гледаш видеата [br]за електронната конфигурации

0:04:09.360,0:04:13.180
в плейлистата по химия, [br]а после да дойдеш отново тук.

0:04:13.180,0:04:15.760
Но се оказва, че електроните [br]не могат да заемат

0:04:15.760,0:04:17.700
тези енергийни нива [br]на случаен принцип.

0:04:17.700,0:04:20.340
Има определено правило [br]кои електрони

0:04:20.340,0:04:23.310
запълват тези енергийни нива.

0:04:23.310,0:04:25.540
И това правило – отново, [br]може да учи за него.

0:04:25.540,0:04:28.980
Наричаме го принцип на Паули [br]за изключването.

0:04:28.980,0:04:31.683
Принцип или правило

0:04:33.380,0:04:35.930
на Паули за изключването.

0:04:35.930,0:04:39.150
То просто казва, че никои[br]два електрона...

0:04:39.150,0:04:41.210
никои два електрона

0:04:42.190,0:04:44.870
не могат да имат

0:04:44.870,0:04:48.950
идентични енергии.

0:04:48.950,0:04:51.670
Отново, това не е точното [br]твърдение на Паули,

0:04:51.670,0:04:54.320
но ще ни помогне, достатъчно ни е.

0:04:54.320,0:04:56.230
Нека вземем конкретен пример.

0:04:56.230,0:04:59.590
Предположи, че вземем натриев атом.

0:04:59.590,0:05:03.600
Той има 11 електрона.

0:05:03.600,0:05:05.393
Има 11 електрона.

0:05:07.040,0:05:08.850
И тези 11 електрона

0:05:08.850,0:05:11.480
могат да имат само [br]специфични енергийни нива.

0:05:11.480,0:05:13.560
Начинът, по който тези електрони

0:05:13.560,0:05:15.200
ще запълнят енергийните нива,

0:05:15.200,0:05:17.700
е съгласно принципа[br]на изключването.

0:05:17.700,0:05:21.250
Първият електрон... помни,

0:05:21.250,0:05:23.580
електроните винаги искат да приемат[br]най-ниската възможна енергия.

0:05:23.580,0:05:26.960
Първият електрон би дошъл ето тук,

0:05:26.960,0:05:28.610
а после може да мислиш, [br]че следващият електрон

0:05:28.610,0:05:31.050
не може да дойде тук, [br]понеже Паули ни казва така.

0:05:31.050,0:05:32.410
Не спорим с Паули.

0:05:32.410,0:05:34.110
Вторият електрон, [br]ако дойде тук,

0:05:34.110,0:05:37.260
може да има идентична [br]енергия, но не съвсем,

0:05:37.260,0:05:40.700
понеже се оказва, че [br]електроните могат да имат

0:05:40.700,0:05:42.380
спин нагоре и спин надолу.

0:05:42.380,0:05:45.360
Ако първият електрон влезе [br]на ниво1s

0:05:45.360,0:05:47.920
и приеме спин нагоре,

0:05:47.920,0:05:50.370
друг електрон може да приеме

0:05:50.370,0:05:53.590
същото енергийно ниво [br]и да е със спин надолу,

0:05:53.590,0:05:54.950
понеже се оказва, че тези два спина

0:05:54.950,0:05:57.100
имат леко различаваща се енергия.

0:05:57.100,0:05:59.240
Тези два електрона, строго казано,

0:05:59.240,0:06:02.140
пак спазват правилото на Паули, [br]понеже не са точно идентични

0:06:02.140,0:06:03.740
поради спиновете си.

0:06:03.740,0:06:05.640
Но следващият електрон, [br]третият електрон,

0:06:05.640,0:06:08.650
не може да се разположи[br]на 1s енергийното ниво,

0:06:08.650,0:06:10.640
понеже ако го направи[br]и е със спин нагоре,

0:06:10.640,0:06:11.880
той ще е идентичен на този,

0:06:11.880,0:06:13.120
а ако го направи и е със спин надолу,

0:06:13.120,0:06:15.100
тогава ще е идентичен на този.

0:06:15.100,0:06:16.680
Не може да заеме това ниво.

0:06:16.680,0:06:18.150
Трябва да заеме

0:06:18.150,0:06:20.850
следващото по-високо енергийно ниво, [br]което е налично, и то е това тук.

0:06:20.850,0:06:22.730
Може да дойде тук.

0:06:22.730,0:06:24.960
Енергийните нива [br]между тези са недостъпни

0:06:24.960,0:06:25.793
за тези електрони.

0:06:25.793,0:06:28.280
Следващата енергия, която [br]може да приеме, ще е 2s.

0:06:28.280,0:06:30.300
Отново, може да бъде[br]със спин нагоре.

0:06:30.300,0:06:33.580
Четвъртият електрон може [br]да дойде тук със спин надолу.

0:06:33.580,0:06:36.910
Следващият електрон [br]ще дойде тук, спин нагоре,

0:06:36.910,0:06:38.763
а следващият ще е със спин надолу.

0:06:39.700,0:06:40.850
И ето какво.

0:06:40.850,0:06:44.060
Оказва се, че в р енергийното ниво

0:06:44.060,0:06:46.630
има три начина, по които [br]електроните могат

0:06:46.630,0:06:48.420
да заемат това енергийно ниво.

0:06:48.420,0:06:50.830
Наричаме ги орбитали.

0:06:50.830,0:06:52.960
Оказва се, че в s енергийните нива

0:06:52.960,0:06:53.920
има само един начин.

0:06:53.920,0:06:55.710
Има само една орбитала.

0:06:55.710,0:06:57.900
Но в р има три орбитали.

0:06:57.900,0:07:01.761
Така че друг електрон може [br]да заеме 2р енергийното ниво

0:07:01.761,0:07:04.450
като е в различна орбитала.

0:07:04.450,0:07:05.910
Този електрон и този електрон

0:07:05.910,0:07:07.660
ще са в различни орбитали,

0:07:07.660,0:07:09.450
или различни конфигурации.

0:07:09.450,0:07:10.970
Не е нужно да се тревожим [br]много за името.

0:07:10.970,0:07:12.930
Но пак няма да са идентични.

0:07:12.930,0:07:15.320
Друг електрон може да заеме [br]същата тази орбитала

0:07:15.320,0:07:16.750
със спин надолу.

0:07:16.750,0:07:21.170
Другият електрон е в третата [br]р-орбитала със спин нагоре,

0:07:21.170,0:07:22.880
а после следващият [br]е със спин надолу.

0:07:22.880,0:07:25.040
Сега 2р е напълно запълнено.

0:07:25.040,0:07:28.170
Няма повече налични орбитали.

0:07:28.170,0:07:29.190
Така че последният електрон,

0:07:29.190,0:07:31.120
стигаме до 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

0:07:31.120,0:07:35.090
8, 9, 10, последният електрон [br]ще е тук,

0:07:35.090,0:07:37.810
в 3s, със спин нагоре.

0:07:37.810,0:07:41.540
Но това е за единичен [br]атом на натрия.

0:07:41.540,0:07:44.970
Ами ако имаме, да кажем, [br]два атома натрий,

0:07:44.970,0:07:47.413
които са много близо [br]един до друг, какво се случва?

0:07:49.090,0:07:49.923
Нещо такова...

0:07:49.923,0:07:52.060
Ами ако образуват молекула?

0:07:52.060,0:07:54.990
Как електроните в тази молекула

0:07:54.990,0:07:56.310
ще запълнят енергийните нива?

0:07:56.310,0:07:59.600
Можем ли да кажем, че всеки атом [br]ще има нещо такова?

0:07:59.600,0:08:03.610
Всеки атом ще има електрони, [br]които запълват орбиталите съответно?

0:08:03.610,0:08:06.160
Това няма да проработи,[br]не може да е възможно.

0:08:06.160,0:08:07.290
Начинът да си представим това е,

0:08:07.290,0:08:09.370
че можем да кажем –[br]ако го направим така –

0:08:09.370,0:08:11.360
че принципът на Паули [br]ще бъде нарушен.

0:08:11.360,0:08:13.850
Спомни си, принципът на Паули гласи,[br]че никои два електрона –

0:08:13.850,0:08:15.490
и когато кажем никои два електрона,

0:08:15.490,0:08:17.740
това може да са никои два [br]електрона в атом

0:08:17.740,0:08:20.370
или никои два електрона [br]в молекула,

0:08:20.370,0:08:23.960
или може би никои два електрона [br]в цялото твърдо вещество.

0:08:23.960,0:08:26.490
Никои два електрона не могат [br]да имат идентични енергии.

0:08:26.490,0:08:30.040
Така че, ако двата атома имат [br]тези електронни конфигурации,

0:08:30.040,0:08:32.390
тогава можеш да видиш,[br]че този електрон

0:08:32.390,0:08:35.430
и този електрон ще са идентични.

0:08:35.430,0:08:38.720
Този и този ще са напълно [br]идентични.

0:08:38.720,0:08:40.960
Всички те ще имат идентични[br]двойки,

0:08:40.960,0:08:45.360
и принципът на Паули ще е нарушен, [br]така че това не може да е възможно.

0:08:45.360,0:08:48.080
Ако имаме цяло твърдо вещество,

0:08:48.080,0:08:51.710
което е изградено от натрий, [br]където имаме, например, 10^23

0:08:51.710,0:08:53.870
атома близо един до друг,

0:08:53.870,0:08:57.520
и ако използваме този модел [br]за всеки атом,

0:08:57.520,0:09:00.835
тогава ще има около [br]10^23 идентични копия

0:09:00.835,0:09:03.340
електрони във всяко ниво.

0:09:03.340,0:09:08.020
Принципът на Паули ще е нарушен.

0:09:08.020,0:09:11.370
Ключовото нещо е, че тази структура,

0:09:11.370,0:09:15.400
която учихме за отделния атом,[br]не може да бъде разширена,

0:09:15.400,0:09:16.830
когато стигнем до твърдите [br]вещества.

0:09:16.830,0:09:19.700
Трябва ни нова теория, [br]за да разберем какво става

0:09:19.700,0:09:22.233
и как електроните са се подредели, [br]или как да си ги представим,

0:09:22.233,0:09:24.040
когато става въпрос [br]за твърди вещества.

0:09:24.040,0:09:26.583
Ще разгледаме това[br]в следващите видеа.