Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II – CHC1041w - (PWr)

Teoria Pasmowa Ciała Stałego – VI.

1/VI

V. TEORIA PASMOWA CIAŁA STAŁEGO

METALE, PÓŁPRZEWODNIKI i DIELEKTRYKI

1) Rozpatrzmy strukturę elektronową typowego metalu to jest sodu.

Jest to metal którego atomy posiadają tylko 1 elektron walencyjny

→

→

→

→

znajduje się on na

orbitalu 3s.

2) Teraz rozpatrzmy sieć przestrzenną zbudowaną z dwóch atomów. Następuje nakładanie się

zewnętrznych orbitali 3s - a w wyniku powstają dwa orbitale cząsteczkowe:

-

orbital wiążący o energii niższej,

-

orbital antywiążący o energii wyższej.

3) Dla 3 atomów pojawiają się 3 orbitale cząsteczkowe, tj. wiążący, niewiążący i antywiążący.

4) Teraz rozpatrzmy sieć przestrzenną złożoną z N - atomów

→

→

→

→

opisuje je N orbitali

cząsteczkowych.

Każdemu z tych orbitali odpowiada inny poziom energetyczny.

Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II – CHC1041w - (PWr)

Teoria Pasmowa Ciała Stałego – VI.

2/VI

W rzeczywistości poziomy te są tak blisko, że tworzą ciągłe pasmo stanów energetycznych

odległości tych poziomów są rzędu 10

-22

eV tj. 10

-41

J

Takie pasmo energetyczne jest tylko w połowie zapełnione elektronami

5) Co się dzieje z orbitalami 3p.

Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II – CHC1041w - (PWr)

Teoria Pasmowa Ciała Stałego – VI.

3/VI

W miarę zbliżania się atomów sodu do odległości r

o

(odległość 2 węzłów) rozszczepieniu

ulega też zdegenerowany poziom energetyczny 3p

6) Pasma 3s i 3p tworzą jedno wspólne pasmo. Tak więc łączna liczba zdelokalizowanych

orbitali wynosi 4 N dla N - atomów. Mogą one pomieścić 8 N - elektronów.

7) Tak więc powstało szerokie pasmo tylko częściowo wypełnione elektronami

→

→

→

→

jest to

charakterystyczne dla metali.

Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II – CHC1041w - (PWr)

Teoria Pasmowa Ciała Stałego – VI.

4/VI

8) W temp. 0 K zajęte są tylko poziomy najniżej położone - poziomy Fermiego.

9) W miarę podwyższania temperatury elektrony przechodzą na coraz wyższe poziomy.

10) Takie rozszczepienie poziomów energetycznych zachodzi nie tylko w metalach. Ale w

kryształach nie wykazujących właściwości metalicznych, pasma energetyczne nie zachodzą

na siebie.

Wyróżniamy tutaj :

podstawowe

pasma

przewodnictwa

wzbronione

Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II – CHC1041w - (PWr)

Teoria Pasmowa Ciała Stałego – VI.

5/VI

Izolatory - diament, kwarc (SiO

2

), tlenek magnezu (MgO) Pasmo wzbronione 5 - 10 eV

→

→

→

→

przewodnictwo elektryczne w bardzo wysokiej temperaturze lub pod

wpływem bardzo wysokiego napięcia elektrycznego.

Półprzewodniki - np. german (sieć typu diamentu)

Pasmo wzbronione 1 - 2 eV

I

Przemieszczanie się dziury

elektronowej i swobodnego

elektronu –przewodnictwo samoistne.

Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II – CHC1041w - (PWr)

Teoria Pasmowa Ciała Stałego – VI.

6/VI

Przewodnictwo typu n

Przewodnictwo typu p

Domieszka arsenu

→

→

→

→

nadmiar jednego elektronu

→

→

→

→

centrum donorowe

→

→

→

→

przewodnictwo

typu n

Domieszka boru

→

→

→

→

niedobór jednego elektronu dziura elektronowa

→

→

→

→

centrum

akceptorowe

→

→

→

→

przewodnictwo typu p

Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II – CHC1041w - (PWr)

Teoria Pasmowa Ciała Stałego – VI.

7/VI

Półprzewodnik typu n

Półprzewodnik typu p

Koniec rozdziału V

pasmo
przewodnictwa

Centrum
akceptorowe

pasmo
podstawowe

Centrum

donorowe