ترتيب الجزيئات في المواد الصلبة ، السوائل ، والغازات ليست هي نفسها. في المواد الصلبة ، يتم ترتيبها بشكل وثيق بحيث تنتقل الإلكترونات الموجودة داخل ذرات الجزيء إلى المدارات المجاورة للذرات. في الغازات ، ترتيب الجزيئات ليس قريبًا ، بينما في السوائل يكون معتدلًا. لذلك يغطي مدار الإلكترون جزئيًا عندما تقترب الذرات من بعضها البعض. بسبب اتحاد الذرات داخل المواد الصلبة ، كبديل لمستويات الطاقة الفردية ، يتم تشكيل مستويات نطاقات الطاقة. يتم تعبئة مجموعة مستويات الطاقة بشكل وثيق وهو ما يُعرف باسم نطاق الطاقة.
ما هو حزام الطاقة؟
تعريف نطاق الطاقة هو عدد الذرات داخلها حجر الكريستال يمكن أن تكون أقرب إلى بعضها البعض وكذلك سيتفاعل عدد من الإلكترونات مع بعضها البعض. يمكن أن تحدث مستويات طاقة الإلكترونات داخل غلافها بسبب التغيرات في مستويات طاقتها. السمة الرئيسية لـ الطاقة النطاق هو أن حالات طاقة الإلكترون مستقرة في نطاقات مختلفة. لذلك ، فإن مستوى طاقة الذرة سوف يتغير في نطاقات التوصيل ونطاقات التكافؤ.
نظرية نطاق الطاقة
وفقًا لنظرية بوهر ، تشتمل كل قذيفة من الذرة على كمية منفصلة من الطاقة بمستويات متباينة. تعطي هذه النظرية تفاصيل حول توصيل الإلكترونات بين القشرة الداخلية والخارجية. وفقًا لنظرية نطاق الطاقة ، يتم تصنيف نطاقات الطاقة إلى ثلاثة أنواع تشمل ما يلي.
نظرية نطاق الطاقة
- نطاق التكافؤ
- فجوة الطاقة المحرمة
- نطاق التوصيل
فرقة الستارة
تدفق الإلكترونات داخل الذرات بمستويات طاقة ثابتة ولكن طاقة الإلكترون في الغلاف الداخلي تتفوق على الغلاف الخارجي للإلكترونات. تسمى الإلكترونات الموجودة داخل الغلاف الخارجي بإلكترونات التكافؤ.
تتضمن هذه الإلكترونات سلسلة من مستويات الطاقة التي تشكل نطاق طاقة يسمى نطاق التكافؤ. يتضمن هذا النطاق الطاقة المشغولة القصوى.
نطاق التوصيل
ترتبط إلكترونات التكافؤ بشكل غير محكم تجاه النواة في درجة حرارة الغرفة. ستترك بعض الإلكترونات من إلكترونات التكافؤ النطاق بحرية. لذلك تسمى هذه الإلكترونات الحرة لأنها تتدفق نحو الذرات المجاورة.
ستقوم هذه الإلكترونات الحرة بتوصيل تدفق التيار داخل الموصل المعروف باسم إلكترونات التوصيل. يُطلق على النطاق الذي يتضمن الإلكترونات اسم نطاق التوصيل وستكون الطاقة المشغولة لهذا النطاق أقل.
الفجوة المحرمة
الفجوة الممنوعة هي الفجوة بين شريط التوصيل وشريط التكافؤ. هذه الفرقة ممنوعة بدون طاقة. لذلك لا يوجد تدفق إلكترون في هذا النطاق. سوف يمر تدفق الإلكترونات من التكافؤ إلى التوصيل عبر هذه الفجوة.
إذا كانت هذه الفجوة أكبر ، فإن الإلكترونات الموجودة في نطاق التكافؤ مرتبطة بقوة باتجاه النواة. في الوقت الحاضر ، من أجل إخراج الإلكترونات من هذا النطاق ، من الضروري وجود القليل من القوة الخارجية ، وهو ما يعادل فجوة الطاقة المحظورة. في الرسم البياني التالي ، يتم توضيح النطاقين ، بالإضافة إلى الفجوة الممنوعة أدناه. بناءً على حجم الفجوة ، فإن ملف أشباه الموصلات يتم تشكيل الموصلات والعوازل.
أنواع نطاقات الطاقة
يتم تصنيف نطاقات الطاقة إلى ثلاثة أنواع وهي
- عوازل
- أشباه الموصلات
- الموصلات
عوازل
أفضل الأمثلة على العازل هي الخشب والزجاج. هذه العوازل لا تسمح بـ تدفق الكهرباء لتتدفق من خلالها. تتميز العوازل بموصلية منخفضة للغاية ومقاومة عالية. في العازل ، فجوة الطاقة مرتفعة للغاية وهي 7 إلكترون فولت. لا يمكن للمادة أن تعمل بسبب تدفق الإلكترونات من النطاقات مثل التكافؤ إلى التوصيل غير ممكن.
نطاق الطاقة في العوازل
الخصائص الرئيسية للعوازل تشمل بشكل رئيسي فجوة الطاقة مثل ممنوع كبير للغاية. بالنسبة لبعض أنواع العوازل ، عندما ترتفع درجة الحرارة ، فإنها قد توضح بعض الانتقال.
أشباه الموصلات
أفضل الأمثلة على أشباه الموصلات هي السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge) وهما أكثر المواد استخدامًا. تكمن الخواص الكهربائية لهذه المواد بين أشباه الموصلات وكذلك العوازل. تُظهر الصور التالية مخطط نطاق الطاقة لأشباه الموصلات في أي مكان يمكن أن يكون فيه نطاق التوصيل شاغراً ويمتلئ نطاق التكافؤ بالكامل ولكن الفجوة المحظورة بين هذه النطاقات دقيقة أي 1 إلكترون فولت. الفجوة المحظورة في Ge هي 0.72eV و Si هي 1.1eV. لذلك ، يحتاج أشباه الموصلات إلى القليل من الموصلية.
نطاق الطاقة في أشباه الموصلات
الخصائص الرئيسية لأشباه الموصلات تشمل بشكل أساسي فجوة الطاقة مثل الممنوع وهي صغيرة للغاية. عندما تزداد درجة حرارة أشباه الموصلات ، تنخفض الموصلية.
الموصلات
الموصل هو نوع من المواد التي تختفي فيها فجوة الطاقة المحظورة مثل شريط التكافؤ وكذلك شريط التوصيل الذي يتحول إلى قريب للغاية بحيث يغطيان جزئيًا. أفضل الأمثلة على الموصلات هي الذهب والألمنيوم والنحاس والذهب. توافر الإلكترونات الحرة في درجة حرارة الغرفة ضخم. يظهر مخطط نطاق الطاقة للموصل أدناه.
نطاق الطاقة في الموصلات
الخصائص الرئيسية للموصلات تشمل بشكل رئيسي فجوة الطاقة مثل ممنوع لن تكون موجودة. سوف تتداخل نطاقات الطاقة مثل الستارة والتوصيل. توافر الإلكترونات الحرة للتوصيل وافر. سيزداد التوصيل بمجرد زيادة العدد الصغير للجهد.
وبالتالي ، هذا كله يتعلق بنظرة عامة عن فرقة الطاقة . من المعلومات الواردة أعلاه أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أن ترتيب الجزيء في المواد مثل المواد الصلبة والسوائل والغازات غير متماثل. في الغازات ، الجزيئات ليست قريبة ، في المواد الصلبة يتم ترتيب الجزيئات بشكل وثيق للغاية وفي السوائل ، يتم ترتيب الجزيئات بشكل معتدل. لذلك تميل الإلكترونات الموجودة داخل ذرات الجزيء إلى التدفق إلى المدارات على الذرات المجاورة. لذلك ، يغطي مدار الإلكترون جزئيًا بينما تقترب الذرات معًا. بسبب اختلاط الذرات داخل المواد الصلبة ، كبديل لمستويات الطاقة فقط ، سيتم تشكيل نطاقات الطاقة. هذه معبأة بشكل وثيق وتسمى نطاقات الطاقة. إليك سؤال لك ، نطاق الطاقة في المواد الصلبة؟
