밴드 이론 및 예제 이론

그 밴드 이론 전체로서 고체의 전자 구조를 정의하는 것이다. 그것은 모든 유형의 고체에 적용될 수 있지만, 가장 큰 성공이 반영된 것은 금속에 있습니다. 이 이론에 따르면, 금속 결합은 양으로 대전 된 이온들과 결정 내의 이동 전자들 사이의 정전기 인력에 기인한다.

따라서, 금속 결정체는 "전자 바다"를 가지며, 이는 그 물리적 특성을 설명 할 수있다. 아래쪽 이미지는 금속 링크를 보여줍니다. 전자의 자주색 점들은 양으로 대전 된 금속 원자를 둘러싸고있는 바다에서 비 국부 화되어있다..

"전자의 바다"는 각 금속 원자의 개별 공헌으로부터 형성됩니다. 이러한 기여는 그것의 원자 궤도이다. 금속 구조는 일반적으로 작습니다. 그들이 더 조밀할수록, 원자 사이의 상호 작용이 커진다..

결과적으로, 그들의 원자 궤도는 에너지에서 매우 좁은 분자 궤도를 생성하기 위해 중첩됩니다. 전자의 바다는 다양한 에너지 범위를 가진 분자 궤도의 큰 집합 일뿐입니다. 이 에너지의 범위는 에너지 밴드로 알려진 것을 구성합니다.

이 밴드는 결정의 모든 영역에 존재하는데, 이것이 왜 전체적으로 고려되는지, 그리고 거기에서이 이론의 정의가 나온다..

색인

• 1 에너지 밴드 모델
  • 1.1 페르미 레벨
• 2 반도체
  • 2.1 내재 및 외인성 반도체
• 3 응용 대역 이론의 예
• 4 참고

에너지 밴드 모델

금속 원자의 s 궤도가 이웃 (N = 2)의 궤도와 상호 작용할 때 두 개의 분자 궤도가 형성된다 : 하나는 결합 (녹색 띠)과 anti-link (짙은 붉은 색 띠).

N = 3이면, 3 개의 분자 궤도가 형성되고, 가운데 하나 (블랙 밴드)는 비 결합이다. N = 4 인 경우, 4 개의 궤도가 형성되고 가장 큰 결합 특성을 갖는 것이고 가장 큰 부동 동 특성을 갖는 것이 더 분리된다.

결정의 금속 원자가 그들의 궤도를 제공함에 따라 분자 궤도에 이용 가능한 에너지의 범위가 확장되고있다. 이것은 또한 궤도 사이의 에너지 공간이 감소하여 밴드에서 응축되는 지점까지 이어진다..

이 궤도로 구성된이 대역은 낮은 에너지 (녹색과 황색의 영역)와 높은 에너지 (오렌지색과 적색의 영역)를 가지고 있습니다. 그들의 활기찬 극단은 밀도가 낮습니다. 그러나, 대부분의 분자 궤도 (흰 줄무늬)는 중심에 집중되어있다..

이것은 전자가 밴드의 중심부를 통과하는 것이 그들의 끝 부분보다 빠른 속도로 진행된다는 것을 의미합니다..

페르미 레벨

이것은 절대 영 온도 (T = 0 K)에서 고체에서 전자가 차지하는 가장 높은 에너지 상태이며,.

일단 밴드가 만들어지면 전자는 모든 분자 궤도를 차지하기 시작합니다. 금속이 단일 원자가 전자를 갖는 경우,¹), 크리스털의 모든 전자는 밴드의 절반을 차지합니다.

다른 비어있는 절반은 구동 밴드로 알려져 있고, 전자로 가득 찬 밴드는 원자가 밴드.

상부 이미지 A는 금속에 대한 일반적인 원자가 밴드 (파란색)와 전도 밴드 (흰색)를 나타냅니다. 파란 경계선은 페르미 레벨을 나타냅니다..

금속은 또한 p 오비탈을 가지고 있기 때문에 같은 방법으로 결합하여 p 밴드 (흰색).

금속의 경우 s 밴드와 p 밴드는 에너지가 매우 가깝습니다. 이것은 겹침을 허용하여 전자를 원자가 밴드에서 전도 밴드로 승격시킵니다. 이는 0K보다 약간 낮은 온도에서도 발생합니다..

전이 금속 및주기 4에서 아래로의 밴드를 형성하는 것도 가능하다..

전도대에 대한 페르미 레벨은 전기적 특성을 결정하는 데 매우 중요합니다.

예를 들어, 전도대 (에너지에서 가장 가까운 비어있는 대역)에 매우 가까운 페르미 준위를 갖는 금속 Z는 페르미 준위가 그 대역에서 멀리 떨어져있는 X 금속보다 높은 전기 전도도를 갖는다..

반도체

전기 전도도는 전자가 원자가 밴드에서 전도 밴드로 이동하는 것으로 구성됩니다.

두 밴드 사이의 에너지 갭이 매우 크다면, 우리는 단열성 고체 (B와 같이)를 가지고 있습니다. 반면에,이 갭이 상대적으로 작은 경우, 고체는 반도체 (C의 경우)이고,.

온도가 상승함에 따라, 원자가 밴드의 전자는 전도 밴드쪽으로 이동하기에 충분한 에너지를 얻습니다. 그 결과 전류.

실제로 이것은 고체 또는 반도체 재료의 품질입니다. 상온에서 절연체이지만 고온에서는 도체입니다.

내재 및 외인성 반도체

진성 도체는 원자가 밴드와 전도대 사이의 에너지 갭이 작아서 열 에너지가 전자의 통과를 허용하는 것이다..

반면에, 외부 도체는 불순물로 도핑 한 후에 전자 구조의 변화를 나타내어 전기적 전도성을 증가시킵니다. 이 불순물은 다른 금속 또는 비금속 원소.

불순물이 더 많은 원자가 전자를 갖는다면, 이는 가전 자대 (valence band)의 전자가 전도대로 횡단하는 다리 역할을하는 도너 대역을 제공 할 수있다. 이 고체는 n 형 반도체입니다. 여기서 n 지정은 "음수".

상부 이미지에서 도너 대역은 구동 대역 바로 아래의 파란색 블록 (유형 n).

한편, 불순물이 원자가 전자가 적 으면, 억 셉터 밴드를 제공하여, 가전 자대와 구동 밴드 사이의 에너지 갭을 단축시킨다..

전자는 먼저이 밴드쪽으로 이동하여 반대 방향으로 이동하는 "양극"을 남깁니다..

이러한 양극 갭이 전자의 통과를 표시하기 때문에, 고체 또는 물질은 p 형 반도체이다..

응용 밴드 이론의 예

- 왜 금속이 밝은 지 설명하십시오. 이동 전자는 더 높은 에너지 레벨로 점프 할 때 광범위한 파장의 방사선을 흡수 할 수 있습니다. 그런 다음 그들은 빛을 내며, 낮은 수준의 주행 밴드로 돌아갑니다..

- 결정질 실리콘은 가장 중요한 반도체 재료입니다. 실리콘의 일부가 13 족 원소 (B, Al, Ga, In, Tl)의 미량으로 도핑되면, p 형 반도체가된다. 반면, 15 족 원소 (N, P, As, Sb, Bi)가 도핑 된 경우에는 n 형 반도체.

- 발광 다이오드 (LED)는 조인트 반도체 pn입니다. 너 무슨 뜻이야? 이 물질에는 n과 p 두 가지 유형의 반도체가 모두 들어 있습니다. 전자는 n 형 반도체의 전도대에서 p 형 반도체의 가전 자대로 이동한다.

참고 문헌

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