teoria benzilor Este cea care definește structura electronică a solidului ca întreg. Poate fi aplicat oricărui tip de solid, dar în metale se reflectă cele mai mari succese ale sale. Conform acestei teorii, legătura metalică rezultă din atracția electrostatică dintre ionii încărcați pozitiv și electronii mobili din cristal..
Prin urmare, cristalul metalic are o „mare de electroni”, care poate explica proprietățile sale fizice. Imaginea de mai jos ilustrează legătura metalică. Punctele violete ale electronilor sunt delocalizate într-o mare care înconjoară atomii de metal încărcați pozitiv.
„Marea de electroni” se formează din contribuțiile individuale ale fiecărui atom de metal. Aceste intrări sunt orbitalii dvs. atomici. Structurile metalice sunt în general compacte; cu cât sunt mai compacte, cu atât sunt mai mari interacțiunile dintre atomii lor.
În consecință, orbitalii lor atomici se suprapun pentru a genera orbitali moleculari foarte îngustați în energie. Marea de electroni nu este atunci altceva decât un set mare de orbitali moleculari cu diferite game de energii. Gama acestor energii alcătuiește ceea ce este cunoscut sub numele de benzi de energie.
Aceste benzi sunt prezente în orice regiune a cristalului, motiv pentru care este considerată ca un întreg și de aici vine definiția acestei teorii.
Indice articol
Când orbitalul s al unui atom metalic interacționează cu cel al vecinului său (N = 2), se formează doi orbitali moleculari: unul de legătură (banda verde) și altul de anti-legătură (banda roșu închis).
Dacă N = 3, acum se formează trei orbitali moleculari, dintre care cel din mijloc (banda neagră) este fără legătură. Dacă N = 4, se formează patru orbitali și cel cu cel mai mare caracter de legătură și cel cu cel mai mare caracter de legătură se separă în continuare..
Gama de energie disponibilă pentru orbitalii moleculari se lărgește pe măsură ce atomii metalici din cristal contribuie cu orbitalii lor. Acest lucru are ca rezultat și o scădere a spațiului energetic dintre orbitali, până la punctul în care se condensează într-o bandă.
Această bandă compusă din orbitalele are regiuni cu energie scăzută (cele colorate în verde și galben) și cu energie ridicată (cele colorate în portocaliu și roșu). Extremele sale energetice au densitate scăzută; cu toate acestea, majoritatea orbitalilor moleculari sunt concentrați în centru (banda albă).
Aceasta înseamnă că electronii „rulează mai repede” prin centrul benzii decât prin capetele sale..
Este cea mai înaltă stare energetică ocupată de electroni într-un solid la temperatura zero absolut (T = 0 K).
Odată ce banda s este construită, electronii încep să ocupe toți orbitalii săi moleculari. Dacă metalul are un singur electron de valență (s1), toți electronii din cristalul său vor ocupa jumătate din bandă.
Cealaltă jumătate neocupată este cunoscută sub numele de banda de conducere, în timp ce banda plină de electroni este numită banda de valență..
În imaginea superioară, A reprezintă o bandă tipică de valență (albastră) și de conducție (albă) pentru un metal. Linia de margine albăstruie indică nivelul Fermi.
Deoarece metalele au și orbitali p, se combină în același mod pentru a forma o bandă p (albă).
În cazul metalelor, benzile s și p sunt foarte apropiate în energie. Acest lucru permite suprapunerile lor, promovând electronii de la banda de valență la banda de conducție. Acest lucru se întâmplă chiar și la temperaturi puțin peste 0 K.
Pentru metalele de tranziție și perioada 4 în jos, este posibilă și formarea benzii d.
Nivelul Fermi în ceea ce privește banda de conducție este de cea mai mare importanță în determinarea proprietăților electrice.
De exemplu, un metal Z cu un nivel Fermi foarte apropiat de banda de conducție (cea mai apropiată bandă goală din energie) are o conductivitate electrică mai mare decât un metal X în care nivelul său Fermi este departe de banda menționată..
Conductivitatea electrică constă atunci în migrarea electronilor dintr-o bandă de valență într-o bandă de conducere.
Dacă decalajul de energie dintre cele două benzi este foarte mare, aveți un solid izolant (ca și în cazul B). Pe de altă parte, dacă acest decalaj este relativ mic, solidul este un semiconductor (în cazul lui C).
Confruntat cu o creștere a temperaturii, electronii din banda de valență dobândesc suficientă energie pentru a migra spre banda de conducție. Acest lucru are ca rezultat un curent electric.
De fapt, aceasta este o calitate a solidelor sau a materialelor semiconductoare: la temperatura camerei sunt izolante, dar la temperaturi ridicate sunt conductoare..
Conductorii intrinseci sunt cei în care decalajul de energie dintre banda de valență și banda de conducție este suficient de mic pentru ca energia termică să permită trecerea electronilor..
Pe de altă parte, conductorii extrinseci prezintă modificări în structurile lor electronice după doparea cu impurități, care le cresc conductivitatea electrică. Această impuritate poate fi un alt metal sau un element nemetalic.
Dacă impuritatea are mai mulți electroni de valență, poate furniza o bandă donatoare care servește drept punte pentru ca electronii din banda de valență să treacă în banda de conducere. Aceste solide sunt semiconductoare de tip n. Aici denumirea n vine de la „negativ”.
În imaginea superioară, banda donatoare este ilustrată în blocul albastru, chiar sub banda de conducere (Tip n).
Pe de altă parte, dacă impuritatea are mai puțini electroni de valență, aceasta oferă o bandă acceptor, care scurtează decalajul de energie dintre banda de valență și banda de conducere..
Electronii migrează mai întâi către această bandă, lăsând în urmă „găuri pozitive”, care se deplasează în direcția opusă..
Deoarece aceste găuri pozitive marchează trecerea electronilor, solidul sau materialul este un semiconductor de tip p.
- Explicați de ce metalele sunt strălucitoare: electronii lor în mișcare pot absorbi radiațiile pe o gamă largă de lungimi de undă atunci când ajung la niveluri de energie mai mari. Apoi emit lumină, revenind la niveluri inferioare ale benzii de conducere.
- Siliciul cristalin este cel mai important material semiconductor. Dacă o porțiune de siliciu este dopată cu urme ale unui element din grupa 13 (B, Al, Ga, In, Tl), aceasta devine un semiconductor de tip p. În timp ce, dacă este dopat cu un element din grupa 15 (N, P, As, Sb, Bi), acesta devine un semiconductor de tip n.
- Dioda emițătoare de lumină (LED) este un semiconductor de joncțiune p-n. Ce înseamnă? Că materialul are ambele tipuri de semiconductori, atât n, cât și p. Electronii migrează de la banda de conducție a semiconductorului de tip n la banda de valență a semiconductorului de tip p.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.