AGH, Wydział Energetyki i Paliw, kierunek Energetyka

Inżynieria Materiałowa w Energetyce – ćwiczenia

Zajęcia 9

Właściwości elektryczne ciał stałych – model pasmowy.

Model tworzenia pasm energetycznych z poziomów energetycznych atomów (rysunki wg: „Materials Science and Engineering, An Introduction” W.D. Callister, John Wiley & Sons 2007. Rozdz. 18. „Electrical properties”)

(a) i (b) – metale, (c) izolatory, (d) półprzewodniki.

Zadania z zajęć:

1. Rozparz przebieg funkcji rozkładu prawdopodobieństwa Fermiego-Diraca dla T = 0K, T > 0K oraz T = ∞. Jakie jest w tych temperaturach prawdopodobieństwo obsadzenia stanu o energii E = E_F?

Zadanie domowe:

1. Narysuj schemat pasm energetycznych metalu, półprzewodnika i izolatora. Zaznacz zapełnienie pasm i położenie poziomu Fermiego w temperaturze 0K. Dla półprzewodnika dodatkowo zaznacz, pasmo walencyjne, pasmo przewodnictwa, przerwę energetyczną.

2. Narysuj model poziomów energetycznych i pasm w krysztale sodu i magnezu w funkcji odległości międzyatomowej. Rozpatrz obsadzenie pasm przez elektrony.

3. Jak różni się struktura elektronowa izolowanego atomu of struktury elektronowej ciała stałego?

4. W ramach modelu pasmowego wyjaśnij różnice w przewodnictwie elektrycznym pomiędzy metalami, półprzewodnikami i izolatorami.

Literatura:

1. Wstęp do Fizyki Ciała Stałego, C. Kittel, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
   Rozdz. 6 Gaz Fermiego swobodnych elektronów, Rozdz. 7. Pasma energetyczne, Rozdz. 8. Kryształy półprzewodnikowe

2. Fizyka zjawisk elektronowych w metalach i półprzewodnikach, F.J. Blatt, PWN 1973.
   Rozdz. 3. Własności gazu elektronów swobodnych w stanie równowagi, Rozdz. 4. Elektrony w sieci periodycznej

3. Materials Science and Engineering. An Introduction. W.D. Callister, John Wiley & Sons 2007.
   Rozdz. 18. Electrical properties

4. Chemia Ciała Stałego, J. Dereń, J. Haber, R Pampuch, PWN 1975.
   Rozdz. 3. Podstawowe pojęcia elektronowej teorii ciała stałego