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バンドモデルの理論と例
の バンド理論 ソリッド全体の電子構造を定義するものです。それはどんなタイプの固体にも適用することができます、しかしそれはその最大の成功が反映されるのは金属です。この理論によると、金属結合は、正電荷を帯びたイオンと結晶内の可動電子との間の静電引力から生じる。.
それゆえ、金属結晶は「電子の海」を有し、それはその物理的性質を説明することができる。下の画像はメタルリンクを示しています。電子の紫色の点は、正に帯電した金属原子を包む海の中で非局在化しています.
「電子の海」は各金属原子の個々の寄与から形成される。これらの寄与はその原子軌道です。金属構造は一般的にコンパクトです。それらがよりコンパクトであるほど、それらの原子間の相互作用はより大きくなる.
その結果、それらの原子軌道は重なり合って非常に狭い分子軌道を生成します。電子の海は、異なる範囲のエネルギーを持つ分子軌道の大きな集合にすぎません。これらのエネルギーの範囲はエネルギーバンドとして知られているものを構成します.
これらのバンドは結晶のどの領域にも存在するため、それが全体として考えられる理由であり、そこからこの理論の定義が出てきます。.
索引
- 1エネルギーバンドモデル
- 1.1フェルミレベル
- 2半導体
- 2.1内因性および外因性半導体
- 3応用バンド理論の例
- 4参考文献
エネルギーバンドモデル
金属原子の軌道が隣接原子の軌道と相互作用すると（N = 2）、2つの分子軌道が形成されます。1つは結合（緑色の帯）と1つは反結合（暗赤色の帯）です。.
Ｎ ＝ ３の場合、３つの分子軌道が形成され、その中間のもの（黒い帯）は結合していない。 Ｎ ＝ ４の場合、４つの軌道が形成され、最大の結合性を有するものと最大の凍結防止性を有するものとがさらに分離される。.
分子軌道に利用可能なエネルギーの範囲は、結晶の金属原子がそれらの軌道を提供するにつれて拡大しています。これはまた、軌道間のエネルギー空間の減少をもたらし、それらがバンド内で凝縮する点まで.
この軌道からなるバンドは、低エネルギー（緑色と黄色のもの）と高エネルギー（オレンジ色と赤色のもの）の領域を持っています。彼らの精力的な極値は密度が低い。しかし、ほとんどの分子軌道（白い縞）は中心に集中しています。.
これは、電子がその端部よりもバンドの中心を通って「より速く走る」ことを意味します。.
フェルミレベル
絶対零度温度（T = 0 K）で固体中の電子が占める最高エネルギー状態です。.
バンドが構築されると、電子はそれらの分子軌道のすべてを占有し始めます。金属が単一の価電子を有する場合1）、その結晶内のすべての電子がバンドの半分を占める.
他の空いている半分は駆動帯として知られているが、電子で一杯の帯は価電子帯と呼ばれる。.
上の画像で、Aは金属の典型的な価電子帯（青）と伝導帯（白）を表しています。青みがかった境界線はフェルミのレベルを示しています.
金属もp軌道を持っているので、それらは同じように結合してpバンドを生み出します（白）。.
金属の場合、ｓおよびｐバンドはエネルギーが非常に近い。これはそれらの重なりを可能にし、電子を価電子帯から伝導帯へと促進する。これは0 Kを少し超える温度でも起こります.
遷移金属については、そして期間４から下方にかけて、のバンドを形成することも可能である。.
伝導帯に対するフェルミのレベルは電気的性質を決定するために非常に重要です.
例えば、伝導帯（エネルギーの最も近い空の帯）に非常に近いフェルミ準位を有する金属Ｚは、そのフェルミ準位がその帯から遠いＸ金属よりも高い導電率を有する。.
半導体
電気伝導度は価電子帯から伝導帯への電子の移動からなる.
両方のバンド間のエネルギーギャップが非常に大きい場合、（Bと同様に）絶縁ソリッドがあります。一方、このギャップが比較的小さければ、固体は半導体です（Cの場合）。.
温度上昇に直面して、価電子帯の電子は伝導帯に向かって移動するのに十分なエネルギーを獲得する。これにより電流が発生します.
実際、これは固体または半導体材料の品質です。室温では絶縁体ですが、高温では導体です。.
内因性および外因性半導体
真性伝導体とは、価電子帯と伝導帯の間のエネルギーギャップが十分に小さいため、熱エネルギーによって電子の通過が可能になるものです。.
他方、外因性導体は、不純物をドープした後にそれらの電子構造の変化を示し、それがそれらの導電性を増大させる。この不純物は他の金属または非金属元素であり得る。.
不純物がより多くの価電子を有する場合、それは価電子帯の電子が伝導帯に交差するためのブリッジとして働くドナー帯を提供することができる。これらの固体はｎ型半導体である。ここでnの指定は「負」から来ています.
上の画像では、ドナーバンドは駆動バンドのすぐ下の青いブロックで示されています（タイプn）.
他方、不純物がより少ない価電子を有する場合、それはアクセプタバンドを提供し、それは価電子帯と駆動帯との間のエネルギーギャップを短くする。.
電子は最初にこのバンドに向かって移動し、反対方向に移動している「正孔」を残します。.
これらの正のギャップは電子の通過を示すので、固体または材料はｐ型半導体である。.
応用バンド理論の例
- なぜ金属が明るいのかを説明してください。それらがより高いエネルギーレベルにジャンプするとき、それらの可動電子は広範囲の波長の放射線を吸収することができます。それから彼らは光を発し、より低いレベルの運転帯に戻る.
- 結晶シリコンは最も重要な半導体材料です。ケイ素の一部に微量の第１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ）がドープされている場合、それはｐ型半導体になる。それが１５族の元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ）でドープされている場合、それはｎ型半導体になる。.
- 発光ダイオード（ＬＥＤ）は、接合型半導体ｐ − ｎである。どういう意味ですか？材料が両方のタイプの半導体、nとpの両方を持つこと。電子は、ｎ型半導体の伝導帯からｐ型半導体の価電子帯に移動する。.
参考文献
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