Bán kết - Wikipedia

Một bán nguyệt là một vật liệu có sự chồng chéo rất nhỏ giữa đáy của dải dẫn và đỉnh của dải hóa trị. Theo lý thuyết băng điện tử, chất rắn có thể được phân loại là chất cách điện, chất bán dẫn, bán kim loại hoặc kim loại. Trong chất cách điện và chất bán dẫn, dải hóa trị đầy được tách ra khỏi dải dẫn trống bằng khoảng cách dải. Đối với chất cách điện, cường độ của khoảng cách dải lớn hơn (ví dụ> 4 eV) so với chất bán dẫn (ví dụ: <4 eV). Kim loại có một dải dẫn đầy một phần. Một bán kính là một vật liệu có sự chồng chéo rất nhỏ giữa đáy của dải dẫn và đỉnh của dải hóa trị. Do đó, một bán kính không có khoảng cách dải và mật độ trạng thái không đáng kể ở cấp độ Fermi. Ngược lại, một kim loại có mật độ trạng thái đáng kể ở cấp độ Fermi vì dải dẫn được lấp đầy một phần. ^[1]

Sự phụ thuộc nhiệt độ [ chỉnh sửa ]

Các trạng thái cách điện / bán dẫn khác nhau từ các trạng thái bán kim loại / kim loại trong sự phụ thuộc nhiệt độ của độ dẫn điện của chúng. Với một kim loại (chỉ có một loại chất mang điện tích - electron), độ dẫn điện giảm khi tăng nhiệt độ (do sự tương tác giữa các electron với phonon (dao động mạng)). Với một chất cách điện hoặc chất bán dẫn (có hai loại chất mang điện tích - lỗ và electron), cả độ linh động của sóng mang và nồng độ chất mang sẽ góp phần dẫn điện và chúng có sự phụ thuộc nhiệt độ khác nhau. Cuối cùng, người ta nhận thấy rằng độ dẫn của chất cách điện và chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ ban đầu tăng lên trên độ không tuyệt đối (vì nhiều electron được chuyển sang dải dẫn), trước khi giảm với nhiệt độ trung gian và sau đó, một lần nữa, tăng khi nhiệt độ vẫn cao hơn. Trạng thái bán kim loại tương tự như trạng thái kim loại nhưng trong bán kim loại cả lỗ trống và điện tử đều góp phần dẫn điện. Với một số bán kết, như asen và antimon, có mật độ chất mang độc lập với nhiệt độ dưới nhiệt độ phòng (như trong kim loại) trong khi, ở bismuth, điều này đúng ở nhiệt độ rất thấp nhưng ở nhiệt độ cao hơn, mật độ chất mang tăng lên khi nhiệt độ tăng một quá trình bán dẫn bán dẫn. Một bán kính cũng khác với chất cách điện hoặc chất bán dẫn ở chỗ độ dẫn của bán kim luôn luôn bằng không, trong khi đó chất bán dẫn có độ dẫn bằng 0 ở nhiệt độ bằng 0 và chất cách điện có độ dẫn bằng 0 ngay cả ở nhiệt độ môi trường xung quanh (do khoảng cách dải rộng hơn).

Phân loại [ chỉnh sửa ]

Để phân loại chất bán dẫn và bán dẫn, năng lượng của các dải đầy và trống của chúng phải được đặt vào xung lượng tinh thể của các electron dẫn. Theo định lý Bloch, sự dẫn điện của các electron phụ thuộc vào tính tuần hoàn của mạng tinh thể theo các hướng khác nhau.

Trong một bán kính, đáy của dải dẫn thường nằm ở một phần khác của không gian động lượng (tại một k -vector) so với đỉnh của dải hóa trị. Người ta có thể nói rằng một bán nguyệt là một chất bán dẫn có băng tần gián tiếp âm, mặc dù chúng hiếm khi được mô tả trong các thuật ngữ đó.

Sơ đồ [ chỉnh sửa ]

Sơ đồ này minh họa một chất bán dẫn trực tiếp (A), một chất bán dẫn gián tiếp (B) và một bán dẫn (C).

trình diễn

A) một chất bán dẫn có khe hở trực tiếp (ví dụ: đồng indium selenide (CuInSe ₂ ))

B) một chất bán dẫn có khe hở gián tiếp (như silicon (Si))

C) một bán kim loại (như thiếc (Sn) hoặc than chì và các kim loại kiềm thổ).

Hình này là sơ đồ, chỉ hiển thị dải dẫn năng lượng thấp nhất và dải hóa trị năng lượng cao nhất trong một chiều của không gian động lượng (hoặc k- không gian). Trong chất rắn điển hình, không gian k là ba chiều và có vô số dải.

Không giống như một kim loại thông thường, bán kim loại có các hạt mang điện tích của cả hai loại (lỗ và electron), do đó người ta cũng có thể lập luận rằng chúng nên được gọi là 'kim loại kép' chứ không phải là bán kim loại. Tuy nhiên, các hạt mang điện thường xuất hiện với số lượng nhỏ hơn nhiều so với kim loại thật. Về mặt này, chúng giống với chất bán dẫn thoái hóa chặt chẽ hơn. Điều này giải thích tại sao các tính chất điện của bán kim loại là một phần giữa các kim loại và chất bán dẫn.

Tính chất vật lý [ chỉnh sửa ]

Vì bán nguyệt có ít hạt mang điện hơn kim loại, chúng thường có độ dẫn điện và nhiệt thấp hơn. Chúng cũng có khối lượng hiệu dụng nhỏ cho cả lỗ trống và electron vì sự chồng chéo về năng lượng thường là kết quả của thực tế là cả hai dải năng lượng đều rộng. Ngoài ra, chúng thường cho thấy độ nhạy cảm từ cao và hằng số điện môi mạng cao.

Bán kết cổ điển [ chỉnh sửa ]

Các yếu tố bán kim loại cổ điển là asen, antimon, bismuth, α-tin (thiếc xám) và than chì, than chì. Hai từ đầu tiên (As, Sb) cũng được coi là các kim loại nhưng thuật ngữ bán kim loại và kim loại không đồng nghĩa với nhau. Semimetals, trái ngược với các kim loại, cũng có thể là các hợp chất hóa học, chẳng hạn như thủy ngân Telluride (HgTe), ^[2] và thiếc, bismuth, và than chì thường không được coi là các kim loại. ^{[3] [4]} Gần đây đã chứng minh rằng một số polyme dẫn có thể hoạt động như bán kết. ^[5]

Xem thêm [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo

1. ^ Bỏng, Gerald (1985). Vật lý chất rắn . Nhà xuất bản Học thuật, Inc. Trang 339 Từ40. Sê-ri 980-0-12-146070-9.
2. ^ Wang, Yang; N. Mansour; A. Salem; K.F. Brennan & P.P. Ruden (1992). "Nghiên cứu lý thuyết về một bộ tách sóng quang dựa trên bán nguyệt có tiếng ồn thấp tiềm năng". Tạp chí điện tử lượng tử của IEEE . 28 (2): 507 Ảo513. Mã số: 1992IJQE ... 28..507W. doi: 10.1109 / 3.123280.
3. ^ Wallace, P.R. (1947). "Lý thuyết ban nhạc của than chì". Đánh giá vật lý . 71 (9): 622 Phản634. Mã số: 1947PhRv ... 71..622W. doi: 10.1103 / PhysRev.71.622.
4. ^ Sậy, Evan J.; Manaa, M. Riad; Chiên, Laurence E.; Glaesemann, Kurt R.; Joannopoulos, J. D. (2007). "Một lớp bán kim loại thoáng qua trong việc kích nổ nitromethane". Vật lý tự nhiên . 4 (1): 72 Tái76. Mã số: 2008NatPh ... 4 ... 72R. doi: 10.1038 / nphys806.
5. ^ Bubnova, Olga; Zia, Ullah Khan; Vương, Hồi (2014). "Polime bán kim loại". Vật liệu tự nhiên . 13 (2): 190 Chiếc4. Mã số: 2014NatMa..13..190B. doi: 10.1038 / nmat3824. PMID 24317188.

visit site
site