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 wiąŜący o energii niŜszej,
-
orbital antywiąŜący o energii wyŜszej.
3) Dla 3 atomów pojawiają się 3 orbitale cząsteczkowe, tj. wiąŜący, niewiąŜący i antywiąŜący.
4) Teraz rozpatrzmy sieć przestrzenną złoŜoną z N - atomów
→
→
→
→
opisuje je N orbitali
cząsteczkowych.
KaŜdemu 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, Ŝe 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 zbliŜania się atomów sodu do odległości r
o
(odległość 2 węzłów) rozszczepieniu
ulega teŜ 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 najniŜej połoŜone - poziomy Fermiego.
9) W miarę podwyŜszania temperatury elektrony przechodzą na coraz wyŜsze poziomy.
10) Takie rozszczepienie poziomów energetycznych zachodzi nie tylko w metalach. Ale w
kryształach nie wykazujących właściwości metalicznych, pasma energetyczne nie zachodzą
na siebie.
WyróŜniamy 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