Plik teoria pasmowa To ona określa strukturę elektronową bryły jako całości. Można go nakładać na każdy rodzaj ciała stałego, ale to właśnie w metalach odbija się jego największe sukcesy. Zgodnie z tą teorią wiązanie metaliczne wynika z przyciągania elektrostatycznego pomiędzy dodatnio naładowanymi jonami a ruchomymi elektronami w krysztale..
Dlatego metaliczny kryształ ma „morze elektronów”, co może wyjaśniać jego właściwości fizyczne. Poniższy obrazek ilustruje metaliczne ogniwo. Fioletowe kropki elektronów są zdelokalizowane w morzu otaczającym dodatnio naładowane atomy metalu.
„Morze elektronów” jest tworzone z indywidualnych wkładów każdego atomu metalu. Te wejścia to twoje orbitale atomowe. Konstrukcje metalowe są na ogół zwarte; im bardziej są zwarte, tym większe są interakcje między ich atomami.
W konsekwencji ich orbitale atomowe nakładają się, tworząc bardzo wąskie orbitale molekularne energii. Morze elektronów jest wówczas niczym innym jak dużym zestawem orbitali molekularnych o różnych zakresach energii. Zakres tych energii tworzy tak zwane pasma energii.
Te pasma są obecne w dowolnych obszarach kryształu, dlatego uważa się je za całość i stąd pochodzi definicja tej teorii.
Indeks artykułów
Kiedy orbital s atomu metalu oddziałuje z orbitalem jego sąsiada (N = 2), powstają dwa orbitale molekularne: jeden z wiązaniem (zielony pas) i drugi z wiązaniem (ciemnoczerwony).
Jeśli N = 3, powstają teraz trzy orbitale molekularne, z których środkowy (czarny pas) jest niezwiązany. Jeśli N = 4, powstają cztery orbitale, a ten o największym charakterze wiążącym i ten o największym charakterze anty-wiążącym są dalej rozdzielane..
Zakres energii dostępnej dla orbitali molekularnych rozszerza się, gdy atomy metalu w krysztale przyczyniają się do ich orbitali. Powoduje to również zmniejszenie przestrzeni energetycznej między orbitalami, do tego stopnia, że kondensują się one w pasmo.
To pasmo złożone z s orbitali ma regiony o niskiej energii (te w kolorze zielonym i żółtym) i wysokiej energii (te w kolorze pomarańczowym i czerwonym). Jej skrajności energetyczne mają niską gęstość; jednak większość orbitali molekularnych jest skoncentrowana w środku (białe pasmo).
Oznacza to, że elektrony „biegną szybciej” przez środek pasma niż przez jego końce..
Jest to najwyższy stan energetyczny zajmowany przez elektrony w ciele stałym w temperaturze zera absolutnego (T = 0 K).
Po zbudowaniu pasma s elektrony zaczynają zajmować wszystkie jego orbitale molekularne. Jeśli metal ma pojedynczy elektron walencyjny (s1), wszystkie elektrony w jego krysztale zajmą połowę pasma.
Druga niezajęta połowa jest znana jako pasmo przewodnictwa, podczas gdy pasmo wypełnione elektronami nazywa się pasmem walencyjnym..
Na górnym obrazku A reprezentuje typowe pasmo walencyjne (niebieskie) i przewodzące (białe) dla metalu. Niebieskawa linia graniczna wskazuje poziom Fermiego.
Ponieważ metale mają również orbitale p, łączą się w ten sam sposób, tworząc pasmo p (białe).
W przypadku metali pasma s i p mają bardzo zbliżoną energię. Pozwala to na ich nakładanie się, promując elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Dzieje się tak nawet w temperaturach nieco powyżej 0 K..
Dla metali przejściowych i okresu 4 w dół, tworzenie pasma d jest również możliwe.
Poziom Fermiego w odniesieniu do pasma przewodnictwa ma ogromne znaczenie przy określaniu właściwości elektrycznych.
Na przykład metal Z z poziomem Fermiego bardzo blisko pasma przewodnictwa (najbliższe puste pasmo energii) ma większą przewodność elektryczną niż metal X, w którym jego poziom Fermiego jest daleko od tego pasma..
Przewodnictwo elektryczne polega zatem na migracji elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.
Jeśli przerwa energetyczna między dwoma pasmami jest bardzo duża, masz izolującą substancję stałą (jak w przypadku B). Z drugiej strony, jeśli ta szczelina jest stosunkowo mała, ciało stałe jest półprzewodnikiem (w przypadku C).
W obliczu wzrostu temperatury elektrony w paśmie walencyjnym uzyskują wystarczającą energię, aby migrować w kierunku pasma przewodnictwa. Powoduje to prąd elektryczny.
W rzeczywistości jest to jakość ciał stałych lub materiałów półprzewodnikowych: w temperaturze pokojowej izolują, ale w wysokich temperaturach przewodzą..
Przewodniki wewnętrzne to takie, w których przerwa energetyczna między pasmem walencyjnym a pasmem przewodnictwa jest na tyle mała, że energia cieplna umożliwia przejście elektronów..
Z drugiej strony przewodniki zewnętrzne wykazują zmiany w swoich strukturach elektronowych po domieszkowaniu zanieczyszczeniami, które zwiększają ich przewodnictwo elektryczne. To zanieczyszczenie może być innym metalem lub pierwiastkiem niemetalicznym.
Jeśli zanieczyszczenie ma więcej elektronów walencyjnych, może zapewnić pasmo donorowe, które służy jako mostek dla elektronów w paśmie walencyjnym, aby przejść do pasma przewodnictwa. Te ciała stałe są półprzewodnikami typu n. Tutaj nominał n pochodzi od „negatywu”.
Na górnym obrazku pasmo dawcy jest przedstawione w niebieskim bloku tuż pod pasmem przewodnictwa (typ n).
Z drugiej strony, jeśli zanieczyszczenie ma mniej elektronów walencyjnych, zapewnia pasmo akceptora, które skraca lukę energetyczną między pasmem walencyjnym a pasmem przewodnictwa..
Elektrony najpierw migrują w kierunku tego pasma, pozostawiając „dodatnie dziury”, które poruszają się w przeciwnym kierunku..
Ponieważ te dodatnie dziury oznaczają przejście elektronów, ciało stałe lub materiał jest półprzewodnikiem typu p.
- Wyjaśnij, dlaczego metale są jasne: ich poruszające się elektrony mogą absorbować promieniowanie w szerokim zakresie długości fal, gdy przeskakują do wyższych poziomów energii. Następnie emitują światło, powracając do niższych poziomów pasma przewodnictwa.
- Krzem krystaliczny jest najważniejszym materiałem półprzewodnikowym. Jeśli część krzemu jest domieszkowana śladami pierwiastka z grupy 13 (B, Al, Ga, In, Tl), staje się półprzewodnikiem typu p. Natomiast domieszkowany pierwiastkiem z grupy 15 (N, P, As, Sb, Bi) staje się półprzewodnikiem typu n.
- Dioda elektroluminescencyjna (LED) to półprzewodnik ze złączem p-n. Co to znaczy? Że materiał ma oba typy półprzewodników, zarówno n, jak i p. Elektrony migrują z pasma przewodzenia półprzewodnika typu n do pasma walencyjnego półprzewodnika typu p.
Jeszcze bez komentarzy