- Enerģijas joslas modelis
- Fermi līmenis
- Iekšējie un ārējie pusvadītāji
- Lietišķo joslu teorijas piemēri
- Atsauces
Joslu teorija ir tā, kas nosaka cietās vielas elektronisko struktūru kopumā. To var pielietot jebkura veida cietām vielām, bet metālos tas atspoguļo lielākos panākumus. Saskaņā ar šo teoriju metāliskā saite rodas no elektrostatiskās pievilcības starp pozitīvi lādētiem joniem un mobilajiem elektroniem kristālā.
Tāpēc metāliskajam kristālam ir "elektronu jūra", kas var izskaidrot tā fizikālās īpašības. Zemāk redzamais attēls ilustrē metāla saiti. Elektronu purpursarkanie punkti tiek delokalizēti jūrā, kas ieskauj pozitīvi lādētus metāla atomus.
"Elektronu jūra" veidojas no katra metāla atoma individuālajām iemaksām. Šīs ieejas ir jūsu atomu orbitāles. Metāla konstrukcijas parasti ir kompaktas; jo kompaktāki tie ir, jo lielāka ir to atomu mijiedarbība.
Līdz ar to to atomu orbitāles pārklājas, veidojot enerģijā ļoti šaurus molekulāros orbitālus. Tad elektronu jūra nav nekas vairāk kā liels molekulu orbitālu komplekts ar dažādiem enerģijas diapazoniem. Šo enerģiju diapazons veido to, kas ir pazīstams kā enerģijas joslas.
Šīs joslas atrodas visos kristāla reģionos, tāpēc to uzskata par veselu, un no turienes nāk šīs teorijas definīcija.
Enerģijas joslas modelis
Kad metāliska atoma orbitāle mijiedarbojas ar kaimiņa (N = 2) orbitāli, veidojas divi molekulārie orbitāli: viens no obligācijas (zaļā josla) un otrs no anti-saites (tumši sarkana josla).
Ja N = 3, tagad veidojas trīs molekulārās orbitāles, no kurām vidējā (melnā josla) nav savienojoša. Ja N = 4, tiek veidotas četras orbitāles, un tā, kurai ir vislielākā saistošā īpašība, un tā, kurai ir vislielākā saistošā pretestība, tiek atdalīta.
Molekulārajām orbītām pieejamais enerģijas diapazons paplašinās, jo metālu atomi kristālā veicina to orbitāles. Tā rezultātā samazinās arī enerģētiskā telpa starp orbītām līdz vietai, ka tie kondensējas joslā.
Šajā joslā, ko veido s orbitāles, ir zemas enerģijas (zaļā un dzeltenā krāsā) un augstas enerģijas (oranžā un sarkanā krāsā) reģioni. Tās enerģijas galējībām ir zems blīvums; tomēr centrā lielākā daļa molekulāro orbitāļu ir koncentrētas (baltā josla).
Tas nozīmē, ka elektroni “ātrāk skrien” caur joslas centru nekā caur tās galiem.
Fermi līmenis
Elektriskā vadītspēja tad sastāv no elektronu migrācijas no valences joslas uz vadīšanas joslu.
Ja enerģijas atstarpe starp abām joslām ir ļoti liela, jums ir cieta izolācijas viela (tāpat kā B gadījumā). No otras puses, ja šī atstarpe ir salīdzinoši maza, cietā viela ir pusvadītājs (C gadījumā).
Kad temperatūra paaugstinās, valences joslā esošie elektroni iegūst pietiekami daudz enerģijas, lai migrētu uz vadīšanas joslu. Tā rezultātā rodas elektriskā strāva.
Faktiski tā ir cietvielu vai pusvadītāju materiālu kvalitāte: istabas temperatūrā tie ir izolējoši, bet augstā temperatūrā tie ir vadoši.
Iekšējie un ārējie pusvadītāji
Iekšējie vadītāji ir tādi, kuros enerģijas atstarpe starp valences joslu un vadīšanas joslu ir pietiekami maza, lai siltumenerģija ļautu elektroniem iziet cauri.
No otras puses, ārējie vadītāji izmaina savas elektroniskās struktūras pēc piemaisīšanas ar piemaisījumiem, kas palielina to elektrisko vadītspēju. Šis piemaisījums var būt cits metāls vai nemetālisks elements.
Ja piemaisījumā ir vairāk valences elektronu, tas var nodrošināt donoru joslu, kas kalpo par tiltu elektroniem no valences joslas šķērsot vadītspējas joslā. Šīs cietās vielas ir n veida pusvadītāji. Šeit nosaukums n nāk no "negatīvs".
Augšējā attēlā donoru josla ir parādīta zilā krāsā tieši zem vadīšanas joslas (tips n).
No otras puses, ja piemaisījumā ir mazāk valences elektronu, tas nodrošina akceptoru joslu, kas saīsina enerģijas atstarpi starp valences joslu un vadītspējas joslu.
Elektroni vispirms migrē uz šo joslu, atstājot aiz “pozitīvajiem caurumiem”, kas pārvietojas pretējā virzienā.
Tā kā šie pozitīvie caurumi iezīmē elektronu pāreju, cietā viela vai materiāls ir p veida pusvadītājs.
Lietišķo joslu teorijas piemēri
- Izskaidrojiet, kāpēc metāli ir spīdīgi: to kustīgie elektroni var absorbēt starojumu plašā viļņu garumā, kad tie pāriet uz augstāku enerģijas līmeni. Pēc tam tie izstaro gaismu, atgriežas zemākos vadīšanas joslas līmeņos.
- Kristāliskais silīcijs ir vissvarīgākais pusvadītāju materiāls. Ja kāda silīcija daļa ir leģēta ar 13. grupas elementa (B, Al, Ga, In, Tl) pēdām, tas kļūst par p veida pusvadītāju. Tā kā, ja tas ir leģēts ar 15. grupas elementu (N, P, As, Sb, Bi), tas kļūst par n veida pusvadītāju.
- Gaismas diode (LED) ir pn plātnes pusvadītājs. Ko tas nozīmē? Ka materiālam ir abu veidu pusvadītāji, gan n, gan p. Elektroni migrē no n-veida pusvadītāja vadīšanas joslas uz p-veida pusvadītāja valences joslu.
Atsauces
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās, 486.-490. Lpp.
- Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums. 103.-107.lpp., 633.-635. Lpp.). Mc Graw Hill.
- Nave CR (2016). Joslu teorija par cietvielām. Saņemts 2018. gada 28. aprīlī no: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Stīvs Korničs. (2011). Pāreja no obligācijām uz joslām no ķīmiķa viedokļa. Saņemts 2018. gada 28. aprīlī no: chembio.uoguelph.ca
- Wikipedia. (2018). Ārējais pusvadītājs. Saņemts 2018. gada 28. aprīlī no: en.wikipedia.org
- BUDŽU. (2018). Metālu joslu teorija. Saņemts 2018. gada 28. aprīlī no: byjus.com