หุ้น:
ทฤษฎีรูปแบบวงและตัวอย่าง
ทฤษฎีวง เป็นสิ่งหนึ่งที่กำหนดโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของของแข็งโดยรวม สามารถใช้ได้กับของแข็งทุกชนิด แต่อยู่ในโลหะที่สะท้อนความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ตามทฤษฎีนี้พันธะโลหะเป็นผลมาจากการดึงดูดไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในผลึก.
ดังนั้นคริสตัลโลหะมี "ทะเลอิเล็กตรอน" ซึ่งสามารถอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพของมัน รูปภาพด้านล่างแสดงลิงค์โลหะ จุดสีม่วงของอิเล็กตรอนถูกแยกออกจากกันในทะเลที่ห่อหุ้มอะตอมโลหะที่มีประจุบวก.
"ทะเลอิเล็กตรอน" เกิดจากการมีส่วนร่วมของอะตอมโลหะแต่ละชนิด ผลงานเหล่านี้เป็นอะตอมของวงโคจร โดยทั่วไปแล้วโครงสร้างโลหะมีขนาดกะทัดรัด ยิ่งมีขนาดกะทัดรัดก็จะยิ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมมากขึ้น.
เป็นผลให้วงโคจรอะตอมของพวกเขาซ้อนทับกันเพื่อสร้างวงโคจรโมเลกุลที่แคบมากในพลังงาน ทะเลอิเลคตรอนจึงเป็นเพียงชุดโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีช่วงพลังงานต่างกัน ช่วงของพลังงานเหล่านี้ประกอบไปด้วยสิ่งที่เรียกว่าแถบพลังงาน.
วงดนตรีเหล่านี้มีอยู่ในทุกภูมิภาคของคริสตัลซึ่งเป็นสาเหตุที่ถือว่าเป็นภาพรวมและจากคำนิยามของทฤษฎีนี้.
ดัชนี
- 1 แบบจำลองของแถบพลังงาน
- 1.1 ระดับแฟร์
- 2 อุปกรณ์กึ่งตัวนำ
- 2.1 เซมิคอนดักเตอร์ภายในและภายนอก
- 3 ตัวอย่างของทฤษฎีวงดนตรีประยุกต์
- 4 อ้างอิง
โมเดลวงพลังงาน
เมื่อการโคจรของอะตอมโลหะมีปฏิสัมพันธ์กับเพื่อนบ้าน (N = 2) จะมีวงโคจรโมเลกุลสองวงเกิดขึ้น: พันธะหนึ่ง (แถบสีเขียว) และแถบต่อต้านสีแดง (แถบสีแดงเข้ม).
ถ้า N = 3 จะมีวงโคจรของโมเลกุลสามวงก่อตัวขึ้นซึ่งจุดกึ่งกลาง (แถบสีดำ) นั้นไม่มีการผูกมัด ถ้า N = 4 จะมีวงโคจรสี่วงเกิดขึ้นและอีกวงหนึ่งที่มีตัวละครที่มีผลผูกพันมากที่สุดและอีกกลุ่มที่มีตัวละครต่อต้านการแช่แข็งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจะถูกแยกออกจากกัน.
ช่วงของพลังงานที่มีสำหรับวงโคจรของโมเลกุลกำลังขยายตัวเมื่ออะตอมโลหะของคริสตัลให้วงโคจรของพวกมัน สิ่งนี้ยังส่งผลให้พื้นที่พลังงานระหว่าง orbitals ลดลงจนถึงจุดที่พวกมันควบแน่นเป็นวง.
วงนี้ประกอบด้วยวงโคจรมีพื้นที่ของพลังงานต่ำ (ของสีเขียวและสีเหลือง) และพลังงานสูง (ของสีส้มและสีแดง) สุดขั้วที่มีพลังของพวกเขามีความหนาแน่นต่ำ อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่ของโมเลกุล orbitals (แถบสีขาว) มีความเข้มข้นในศูนย์.
ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอน "วิ่งเร็ว" ผ่านจุดศูนย์กลางของวงดนตรีมากกว่าที่ปลาย.
ระดับแฟร์
มันเป็นสถานะพลังงานสูงสุดที่ถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนในของแข็งที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (T = 0 K).
เมื่อวงดนตรีถูกสร้างขึ้นอิเล็กตรอนจะเริ่มครอบครองวงโคจรโมเลกุลของพวกเขาทั้งหมด ถ้าโลหะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนเดียว1) อิเล็กตรอนทั้งหมดในคริสตัลจะครอบครองครึ่งหนึ่งของวงดนตรี.
อีกครึ่งหนึ่งที่ว่างจะเรียกว่าวงขับขณะที่วงดนตรีที่เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนเรียกว่าวงเวเลนซ์.
ในภาพด้านบน A หมายถึงวงเวเลนซ์ทั่วไป (สีน้ำเงิน) และวงคอนดักเตอร์ (สีขาว) สำหรับโลหะ เส้นขอบสีน้ำเงินแสดงระดับของ Fermi.
เนื่องจากโลหะมี p-orbitals พวกมันจึงรวมกันในลักษณะเดียวกันเพื่อสร้าง p-band (สีขาว).
ในกรณีของโลหะแถบ s และ p นั้นอยู่ใกล้กับพลังงานมาก วิธีนี้ช่วยให้การทับซ้อนของพวกเขาส่งเสริมอิเล็กตรอนจากวงวาเลนซ์กับวงการนำ สิ่งนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 K.
สำหรับโลหะทรานซิชันและจากช่วงเวลา 4 ลงไปก็สามารถสร้างแถบของ.
ระดับของแฟร์มีต่อการนำความร้อนเป็นสิ่งสำคัญมากในการกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้า.
ตัวอย่างเช่นโลหะ Z ที่มีระดับ Fermi ใกล้กับแถบการนำไฟฟ้า (แถบว่างเปล่าที่อยู่ใกล้ที่สุดในพลังงาน) มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าโลหะ X ซึ่งระดับ Fermi อยู่ไกลจากแถบนั้น.
อุปกรณ์กึ่งตัวนำ
การนำไฟฟ้านั้นประกอบไปด้วยการเคลื่อนย้ายของอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์ไปยังวงการนำไฟฟ้า.
หากช่องว่างพลังงานระหว่างแถบทั้งสองมีขนาดใหญ่มากเราจะมีฉนวนที่เป็นฉนวน (เช่นเดียวกับ B) ในทางตรงกันข้ามถ้าช่องว่างนี้ค่อนข้างเล็กของแข็งคือเซมิคอนดักเตอร์ (ในกรณีของ C).
เมื่อเผชิญหน้ากับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์จะได้รับพลังงานเพียงพอที่จะย้ายไปยังแถบการนำไฟฟ้า ส่งผลให้กระแสไฟฟ้า.
อันที่จริงนี่คือคุณภาพของของแข็งหรือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์: ที่อุณหภูมิห้องพวกเขาเป็นฉนวน แต่ที่อุณหภูมิสูงพวกเขาเป็นตัวนำ.
เซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริงและภายนอก
ตัวนำที่แท้จริงคือตัวนำที่ช่องว่างพลังงานระหว่างวงวาเลนซ์กับวงการนำไฟฟ้ามีขนาดเล็กพอที่พลังงานความร้อนจะอนุญาตให้ผ่านอิเล็กตรอน.
ในทางกลับกันตัวนำภายนอกแสดงการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของพวกเขาหลังจากยาสลบด้วยสิ่งสกปรกซึ่งเพิ่มการนำไฟฟ้าของพวกเขา สิ่งเจือปนนี้อาจเป็นโลหะอื่นหรือองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ.
หากสิ่งเจือปนมีอิเล็กตรอนของวาเลนซ์มากกว่าก็สามารถให้แถบผู้บริจาคที่ทำหน้าที่เป็นสะพานสำหรับอิเล็กตรอนของวงวาเลนซ์เพื่อข้ามไปยังวงการนำไฟฟ้า ของแข็งเหล่านี้เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด n นี่ชื่อ n มาจาก "ลบ".
ในภาพด้านบนวงผู้บริจาคจะถูกแสดงในบล็อกสีน้ำเงินด้านล่างของวงดนตรีการขับขี่ (ประเภท n).
ในทางตรงกันข้ามถ้าสิ่งเจือปนมีอิเลคตรอนวาเลนซ์น้อยก็จะให้แถบรับซึ่งจะลดช่องว่างพลังงานระหว่างวงวาเลนซ์กับวงขับ.
อิเล็กตรอนจะย้ายไปยังแถบนี้ก่อนโดยทิ้ง "หลุมบวก" ซึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม.
เมื่อช่องว่างเชิงบวกเหล่านี้ทำเครื่องหมายเส้นทางของอิเล็กตรอนของแข็งหรือวัสดุจึงเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p.
ตัวอย่างของทฤษฎีวงดนตรีประยุกต์
- อธิบายว่าทำไมโลหะถึงสว่าง: อิเล็กตรอนเคลื่อนที่สามารถดูดกลืนรังสีในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลายเมื่อพวกมันกระโดดขึ้นไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น จากนั้นพวกเขาก็ปล่อยแสงกลับไปที่ระดับล่างของวงขับ.
- ผลึกซิลิคอนเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญที่สุด หากส่วนหนึ่งของซิลิกอนถูกเจือด้วยร่องรอยของธาตุ 13 กลุ่ม (B, Al, Ga, In, Tl) มันจะกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p โดยที่ถ้ามันเจือด้วยองค์ประกอบกลุ่ม 15 (N, P, As, Sb, Bi) มันจะกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n.
- ไดโอดเปล่งแสง (LED) เป็นสารกึ่งตัวนำร่วม p-n คุณหมายถึงอะไร วัสดุนั้นมีเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองประเภททั้ง n และ p อิเล็กตรอนย้ายจากวงตัวนำของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ไปยังวงวาเลนซ์ของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p.
การอ้างอิง
- Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี (8th ed.) CENGAGE Learning, หน้า 486-490.
- ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์ (ฉบับที่สี่, หน้า 103-107, 633-635) Mc Graw Hill.
- เรือ C. R. (2016) ทฤษฎีวงดนตรีของของแข็ง สืบค้นเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2018 จาก: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Steve Kornic (2011) เปลี่ยนจากพันธบัตรสู่วงจากมุมมองของนักเคมี สืบค้นเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2018 จาก: chembio.uoguelph.ca
- วิกิพีเดีย (2018) สารกึ่งตัวนำภายนอก สืบค้นเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2018 จาก: en.wikipedia.org
- Byju'S (2018) ทฤษฎีวงโลหะ สืบค้นเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2018 จาก: byjus.com