Teori band adalah teori yang menentukan struktur elektronik pepejal secara keseluruhan. Ia boleh digunakan pada semua jenis pepejal, tetapi pada logam di mana kejayaan terbesarnya dicerminkan. Menurut teori ini, ikatan logam terhasil daripada tarikan elektrostatik antara ion bermuatan positif, dan elektron bergerak di kristal.
Oleh itu, kristal logam mempunyai "lautan elektron", yang dapat menjelaskan sifat fizikalnya. Gambar di bawah menggambarkan pautan logam. Titik ungu elektron terdelokalisasi di laut yang mengelilingi atom logam bermuatan positif.
"Laut elektron" terbentuk daripada sumbangan individu setiap atom logam. Input ini adalah orbit atom anda. Struktur logam umumnya padat; semakin padat, semakin besar interaksi antara atom mereka.
Akibatnya, orbit atom mereka bertindih untuk menghasilkan orbital molekul yang sangat sempit dalam tenaga. Lautan elektron kemudiannya tidak lebih dari sekumpulan besar orbital molekul dengan julat tenaga yang berbeza. Jangkauan tenaga ini membentuk apa yang dikenali sebagai jalur tenaga.
Jalur ini terdapat di mana-mana kawasan kristal, itulah sebabnya ia dianggap secara keseluruhan, dan dari situlah muncul definisi teori ini.
Model jalur tenaga
Apabila orbit atom logam berinteraksi dengan atom jirannya (N = 2), dua orbital molekul terbentuk: satu ikatan (jalur hijau) dan satu lagi ikatan anti-ikatan (jalur merah gelap).
Sekiranya N = 3, tiga orbital molekul kini terbentuk, yang mana bahagian tengahnya (jalur hitam) tidak terikat. Sekiranya N = 4, empat orbital terbentuk dan satu dengan watak ikatan terbesar dan yang mempunyai watak anti ikatan terhebat dipisahkan.
Julat tenaga yang tersedia untuk orbital molekul melebar apabila atom logam dalam kristal menyumbang orbitalnya. Ini juga mengakibatkan penurunan ruang bertenaga antara orbital, sehingga mereka mengembun menjadi band.
Jalur ini terdiri dari orbital s mempunyai kawasan dengan tenaga rendah (berwarna hijau dan kuning) dan tenaga tinggi (berwarna oren dan merah). Tenaga ekstremnya mempunyai ketumpatan rendah; namun, di bahagian tengah kebanyakan orbital molekul tertumpu (jalur putih).
Ini bermaksud bahawa elektron "bergerak lebih pantas" melalui pusat pita daripada hujungnya.
Tahap Fermi
Kekonduksian elektrik kemudian terdiri daripada penghijrahan elektron dari jalur valensi ke jalur konduksi.
Sekiranya jurang tenaga antara dua jalur sangat besar, anda mempunyai pepejal penebat (seperti pada B). Sebaliknya, jika jurang ini agak kecil, pepejal adalah semikonduktor (dalam kes C).
Apabila suhu meningkat, elektron dalam pita valensi memperoleh tenaga yang cukup untuk berpindah ke jalur konduksi. Ini menghasilkan arus elektrik.
Sebenarnya, ini adalah kualiti pepejal atau bahan semikonduktor: pada suhu bilik mereka bertebat, tetapi pada suhu tinggi, mereka konduktif.
Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik
Konduktor intrinsik adalah di mana jurang tenaga antara pita valensi dan pita pengaliran cukup kecil untuk tenaga terma untuk membenarkan laluan elektron.
Sebaliknya, konduktor ekstrinsik menunjukkan perubahan dalam struktur elektronik mereka setelah doping dengan kekotoran, yang meningkatkan kekonduksian elektrik mereka. Kekotoran ini boleh menjadi unsur logam atau bukan logam yang lain.
Sekiranya pengotor mempunyai lebih banyak elektron valensi, ia dapat memberikan jalur penderma yang berfungsi sebagai jambatan bagi elektron dari jalur valensi untuk menyeberang ke jalur konduksi. Pepejal ini adalah semikonduktor jenis-n. Di sini nama n berasal dari "negatif."
Pada gambar atas jalur penderma digambarkan dalam blok biru tepat di bawah jalur konduksi (Jenis n).
Sebaliknya, jika pengotor mempunyai elektron valensi yang lebih sedikit, ia menyediakan jalur akseptor, yang memendekkan jurang tenaga antara jalur valensi dan jalur konduksi.
Elektron pertama berpindah ke arah jalur ini, meninggalkan "lubang positif", yang bergerak ke arah yang berlawanan.
Oleh kerana lubang positif ini menandakan laluan elektron, pepejal atau bahan adalah semikonduktor jenis-p.
Contoh teori band gunaan
- Terangkan mengapa logam berkilat: elektron bergerak mereka dapat menyerap radiasi dalam jarak panjang gelombang yang luas ketika mereka melonjak ke tahap tenaga yang lebih tinggi. Mereka kemudian memancarkan cahaya, kembali ke tahap yang lebih rendah dari jalur konduksi.
- Silikon kristal adalah bahan semikonduktor yang paling penting. Sekiranya sebahagian silikon didoping dengan jejak unsur kumpulan 13 (B, Al, Ga, In, Tl), ia menjadi semikonduktor jenis-p. Manakala jika didoping dengan unsur kumpulan 15 (N, P, As, Sb, Bi) ia menjadi semikonduktor jenis-n.
- Diod pemancar cahaya (LED) adalah semikonduktor papan pn. Apakah maksudnya? Bahawa bahan itu mempunyai kedua-dua jenis semikonduktor, baik n dan p. Elektron berpindah dari jalur konduksi semikonduktor jenis-n ke jalur valensi semikonduktor jenis-p.
Rujukan
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 486-490.
- Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat., Ms 103-107, 633-635). Bukit Mc Graw.
- CR Nave (2016). Teori Pepejal Band. Diakses pada 28 April 2018, dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Steve Kornic. (2011). Pergi dari Bond ke Bands dari Chemist's Point of View. Diakses pada 28 April 2018, dari: chembio.uoguelph.ca
- Wikipedia. (2018). Semikonduktor ekstrinsik. Diakses pada 28 April 2018, dari: en.wikipedia.org
- BYJU. (2018). Teori jalur logam. Diakses pada 28 April 2018, dari: byjus.com