Treść książki

Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
30
2.Właściwościwybranychmateriałówelektronicznych
KażdyatomkrzemuSireprezentują:nieruchomyjon(składającysięzjądraoto-
czonegoelektronaminaorbitachwewnętrznych)oładunku+4iczteryelektronyna
orbiciezewnętrznej,którerównoważątenładunek.Teczteryelektronywalencyjne
wrazzelektronamiwalencyjnymisąsiednichatomówtworząwiązaniakowalentne
(kowalencyjne).Odznaczająsięonedużątrwałością.Douwolnieniaelektronówztej
strukturypotrzebaznacznejenergii,gdyżjestonaobojętnaelektrycznie.Wtemperaturze
zerabezwzględnego(T=0K)wszystkieelektronywalencyjneuczestnicząwwiązaniach
kowalentnych.Krzemzachowujesięwówczasjakidealnyizolator,ponieważniema
elektronówswobodnych-decydującychoprzewodnictwie.
Wrzeczywistościsiećkrystalicznaznajdujesięzawszewtemperaturzewyższejniż
zerobezwzględne(T>0K).Oznaczato,żejestzniąskojarzonapewnaenergiacieplna.Pod
wpływemtejenergiizarównojądraatomów,jakielektronydrgająwokółswoichpołożeń
spoczynkowych.Następstwemtegododatkowesiłymechanicznewsiecikrystalicznej,
któremogąpokonaćsiływiązańatomowychiwyrwaćniektóreelektronyzsieci.Elektrony
teniewówczaszwiązanezżadnymjądremimogąporuszaćsięwkrysztale.Dlatego
onenazywaneelektronamiswobodnymi.Każdyuwolnionyzwiązańelektronpozostawia
pustemiejsce,zwanedziurą.Brakującyelektronmożebyćuzupełnionyzsąsiedniegowią-
zania,gdziezkoleipowstanieznowudziura,awięcdziurymogąprzemieszczaćsięodato-
mudoatomu.Dziuramożebyćzatemrozpatrywanajakwolnacząstkaoładunkudodatnim,
równymcodowartościładunkowielektronu.Wkonsekwencjiwskutekzerwaniawiązania
kowalentnegozostaływytworzonedwanośnikiswobodne:elektronoładunkuujemnym,
któryporuszasięwprzestrzenikryształu,idziura,oładunkudodatnim,przesuwającasię
wobrębiepowłokwalencyjnych.Należyrównieżzwrócićuwagę,żekażdyatom,który
madziurę,jestpozbawionyjednegozelektronów,którychujemnyładunekkompensuje
dodatnieładunkijądra.Atomtakimawięcładunekdodatniijestnazywanyjonemdodatnim.
Jonjestumiejscowionywsiecikrystalicznejiniemożesięporuszać.
2.1.2.Modelpasmowy
Wodosobnionymatomieelektronymogąznajdowaćsię(naorbitach)wściśleokreślo-
nychstanachenergetycznych,aprzyjmowanieokreślonychstanówodbywasięwsposób
dyskretny.Wcielestałym,naskutekwzajemnejbliskościpołożeniaatomówwsie-
cikrystalicznejiichwzajemnegooddziaływania,elektronyniemająjużmożliwości
wykonywanianiezakłóconegoruchuwokółjądra.Wnastępstwietegooddziaływania
dozwolonepoziomyenergetyczne(któredlaorbitwróżnychodosobnionychatomach
mogłybyćjednakowe)ulegająwcielestałymprzesunięciu.Jesttojednoznacznezroz-
szczepieniemrozłożonychwsposóbdyskretnypoziomówposzczególnychatomów.Po-
przesuwane(rozszczepione)poziomytworząpasmaenergetyczne,aelektronyznajdujące
sięnaokreślonejorbiciemogąterazprzyjmowaćkażdąwartośćenergiimieszczącejsię
wewnątrzpasma.Pasmatakienazywasiępasmamidozwolonymi.Występujeprzytym
ograniczenie,polegającenatym,żepojedynczepoziomywpaśmiemogąbyćobsadzone
przezconajwyżejdwaelektrony.Podobniejakwpojedynczymatomie,istniejątakie
wartościenergii,którychniemożeprzyjmowaćżadenelektron.Tepoziomyenergetycz-
ne,leżącemiędzypasmamidozwolonymi,tworząpasmozabronione.