The teorie pásma Je to ten, který definuje elektronickou strukturu tělesa jako celku. Lze jej použít na jakýkoli typ pevné látky, ale jeho největší úspěchy se odrážejí v kovech. Podle této teorie je kovová vazba výsledkem elektrostatické přitažlivosti mezi kladně nabitými ionty a mobilními elektrony v krystalu..
Proto má kovový krystal „moře elektronů“, což vysvětluje jeho fyzikální vlastnosti. Obrázek níže ilustruje kovové spojení. Fialové tečky elektronů jsou přemístěny do moře, které obklopuje kladně nabité atomy kovů.
„Moře elektronů“ je tvořeno z jednotlivých příspěvků každého atomu kovu. Tyto vstupy jsou vaše atomové orbitaly. Kovové konstrukce jsou obecně kompaktní; čím jsou kompaktnější, tím větší jsou interakce mezi jejich atomy.
V důsledku toho se jejich atomové orbitaly překrývají a vytvářejí velmi úzké molekulární orbitaly v energii. Moře elektronů pak není nic jiného než velká sada molekulárních orbitalů s různými rozsahy energií. Rozsah těchto energií tvoří takzvané energetické pásma.
Tyto pásy jsou přítomny ve všech oblastech krystalu, a proto je považován za celek, a odtud pochází definice této teorie.
Rejstřík článků
Když s orbital kovového atomu interaguje s jeho sousedem (N = 2), vzniknou dva molekulární orbitaly: jeden z vazby (zelený pás) a druhý z anti-vazby (tmavě červený pás).
Je-li N = 3, jsou nyní vytvořeny tři molekulární orbitaly, z nichž prostřední (černý pás) není vázán. Pokud N = 4, vytvoří se čtyři orbitaly a ten s největším vazebným charakterem a ten s největším anti-vazebným charakterem se dále oddělí..
Rozsah dostupné energie pro molekulární orbitaly se rozšiřuje, protože atomy kovů v krystalu přispívají svými orbitaly. To má také za následek zmenšení energetického prostoru mezi orbitaly, do té míry, že kondenzují do pásma.
Toto pásmo složené z orbitalů má oblasti s nízkou energií (ty zelené a žluté) a vysokou energií (ty oranžové a červené). Jeho energetické extrémy mají nízkou hustotu; nicméně většina molekulárních orbitalů je soustředěna ve středu (bílý pás).
To znamená, že elektrony „běží rychleji“ středem pásma než jeho konci..
Je to nejvyšší energetický stav obsazený elektrony v pevné látce při teplotě absolutní nuly (T = 0 K).
Jakmile je pás s vybudován, elektrony začnou obsazovat všechny jeho molekulární orbitaly. Pokud má kov jediný valenční elektron (y)1), všechny elektrony v jeho krystalu obsadí polovinu pásma.
Druhá neobsazená polovina je známá jako vodivé pásmo, zatímco elektronově naplněné pásmo se nazývá valenční pásmo..
Na horním obrázku A představuje typický valenční (modrý) a vodivý (bílý) pás pro kov. Modravá hraniční čára označuje úroveň Fermi.
Vzhledem k tomu, že kovy mají také p orbitaly, kombinují se stejným způsobem a tvoří pás p (bílý).
V případě kovů jsou pásma s a p velmi blízká energii. To umožňuje jejich překrývání a podporu elektronů z valenčního pásma do vodivého pásma. K tomu dochází i při teplotách těsně nad 0 K..
U přechodných kovů a období 4 směrem dolů je také možná tvorba d-pásma.
Úroveň Fermiho vzhledem k vodivému pásmu je nanejvýš důležitá při určování elektrických vlastností.
Například kov Z s úrovní Fermi velmi blízko vodivého pásma (nejbližší prázdné pásmo v energii), má větší elektrickou vodivost než kov X, ve kterém je jeho hladina Fermi daleko od uvedeného pásma..
Elektrická vodivost pak spočívá v migraci elektronů z valenčního pásma do vodivého pásma.
Pokud je energetická mezera mezi dvěma pásmy velmi velká, máte izolační těleso (jako u B). Na druhou stranu, pokud je tato mezera relativně malá, pevná látka je polovodič (v případě C).
Tváří v tvář zvýšení teploty získávají elektrony ve valenčním pásmu dostatek energie k migraci směrem k vodivému pásmu. Výsledkem je elektrický proud.
Ve skutečnosti se jedná o kvalitu pevných látek nebo polovodičových materiálů: při pokojové teplotě jsou izolační, ale při vysokých teplotách jsou vodivé..
Vnitřní vodiče jsou ty, ve kterých je energetická mezera mezi valenčním pásmem a vodivým pásmem dostatečně malá na to, aby tepelná energie umožňovala průchod elektronů..
Na druhé straně vykazují vnější vodiče po doplnění nečistotami změny ve svých elektronických strukturách, které zvyšují jejich elektrickou vodivost. Touto nečistotou může být jiný kovový nebo nekovový prvek.
Pokud má nečistota více valenčních elektronů, může poskytnout dárcovské pásmo, které slouží jako můstek pro přechod elektronů ve valenčním pásmu do vodivého pásma. Tyto pevné látky jsou polovodiče typu n. Zde označení n pochází z „záporného“.
Na horním obrázku je dárcovský pás zobrazen v modrém bloku těsně pod vodivým pásmem (typ n).
Na druhou stranu, pokud má nečistota méně valenčních elektronů, poskytuje akceptorové pásmo, které zkracuje energetickou mezeru mezi valenčním pásmem a vodivým pásmem..
Elektrony nejprve migrují k tomuto pásu a zanechávají za sebou „pozitivní díry“, které se pohybují v opačném směru..
Protože tyto kladné otvory označují průchod elektronů, je pevná látka nebo materiál polovodič typu p.
- Vysvětlete, proč jsou kovy jasné: Jejich pohybující se elektrony mohou absorbovat záření v širokém rozsahu vlnových délek, když skočí na vyšší energetické úrovně. Poté emitují světlo a vracejí se k nižším úrovním vodivého pásma.
- Krystalický křemík je nejdůležitějším polovodičovým materiálem. Pokud je část křemíku dopována stopami prvku skupiny 13 (B, Al, Ga, In, Tl), stane se z něj polovodič typu p. Zatímco pokud je dopován prvkem skupiny 15 (N, P, As, Sb, Bi), stává se z něj polovodič typu n.
- Světelná dioda (LED) je přechodový polovodič p-n. Co to znamená? Že materiál má oba typy polovodičů, jak n, tak p. Elektrony migrují z vodivého pásma polovodiče typu n do valenčního pásma polovodiče typu p.
Zatím žádné komentáře