Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II CHC1041w - (PWr) V. TEORIA PASMOWA CIAAA STAAEGO METALE, PÓAPRZEWODNIKI 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 wią\ący o energii ni\szej, - orbital antywią\ący o energii wy\szej. 3) Dla 3 atomów pojawiają się 3 orbitale cząsteczkowe, tj. wią\ący, niewią\ący i antywią\ący. 4) Teraz rozpatrzmy sieć przestrzenną zło\oną z N - atomów opisuje je N orbitali
cząsteczkowych. Ka\demu z tych orbitali odpowiada inny poziom energetyczny. Teoria Pasmowa Ciała Stałego VI. 1/VI Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II CHC1041w - (PWr) W rzeczywistości poziomy te są tak blisko, \e 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. Teoria Pasmowa Ciała Stałego VI. 2/VI Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II CHC1041w - (PWr) W miarę zbli\ania się atomów sodu do odległości ro (odległość 2 węzłów) rozszczepieniu ulega te\ 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. Teoria Pasmowa Ciała Stałego VI. 3/VI Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II CHC1041w - (PWr) 8) W temp. 0 K zajęte są tylko poziomy najni\ej poło\one - poziomy Fermiego. 9) W miarę podwy\szania temperatury elektrony przechodzą na coraz wy\sze poziomy. 10) Takie rozszczepienie poziomów energetycznych zachodzi nie tylko w metalach. Ale w kryształach nie wykazujących właściwości metalicznych, pasma energetyczne nie zachodzą na siebie. Wyró\niamy tutaj : podstawowe pasma przewodnictwa wzbronione Teoria Pasmowa Ciała Stałego VI. 4/VI Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II CHC1041w - (PWr) Izolatory - diament, kwarc (SiO2), 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. Teoria Pasmowa Ciała Stałego VI. 5/VI Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II CHC1041w - (PWr) 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
Teoria Pasmowa Ciała Stałego VI. 6/VI Władysław Walkowiak Chemia Nieorganiczna II CHC1041w - (PWr) pasmo przewodnictwa Centrum donorowe Centrum akceptorowe pasmo podstawowe Półprzewodnik typu n Półprzewodnik typu p Koniec rozdziału V Teoria Pasmowa Ciała Stałego VI. 7/VI