Свойства металлов Скачать
презентацию
<<  Электронная проводимость металлов Свойства  >>
. Зонная модель электронной проводимости металлов
. Зонная модель электронной проводимости металлов
Зонная модель электронной проводимости металлов
Зонная модель электронной проводимости металлов
Названы они так в честь итальянского физика Э. Ферми, впервые
Названы они так в честь итальянского физика Э. Ферми, впервые
Названы они так в честь итальянского физика Э. Ферми, впервые
Названы они так в честь итальянского физика Э. Ферми, впервые
Зонная модель электронной проводимости металлов
Зонная модель электронной проводимости металлов
Зонная модель электронной проводимости металлов
Зонная модель электронной проводимости металлов
Зонная модель электронной проводимости металлов
Зонная модель электронной проводимости металлов
Следовательно, Вычисленные и экспериментальные значения энергии Ферми
Следовательно, Вычисленные и экспериментальные значения энергии Ферми
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
В условиях термодинамического равновесия число электронов, переходящих
В условиях термодинамического равновесия число электронов, переходящих
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Электронно-дырочные переходы
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость
Картинки из презентации «Электрическая проводимость металлов» к уроку химии на тему «Свойства металлов»

Автор: Владимир Иванович. Чтобы познакомиться с картинкой полного размера, нажмите на её эскиз. Чтобы можно было использовать все картинки для урока химии, скачайте бесплатно презентацию «Электрическая проводимость металлов.ppt» со всеми картинками в zip-архиве размером 156 КБ.

Скачать презентацию

Электрическая проводимость металлов

содержание презентации «Электрическая проводимость металлов.ppt»
Сл Текст Сл Текст
1. Зонная модель электронной проводимости металлов. С точки 13коэффициенты; n – концентрация электронов в зоне проводимости;
зрения электропроводности все вещества могут быть разделены на Nd >>Nd+ , Nd – концентрация неионизованных примесных
металлы ? ?(6?103?6?105)Ом-1 см-1, полупроводники ? = 102?10?9 атомов; Еd – глубина залегания донорной примеси под дном зоны
Ом?1· см?1 и диэлектрики ? ? 10?10?10?22 Ом?1· см?1. проводимости. Поскольку n ? Nd+, то получаем n? Ионизация
Качественное различие между металлами и полупроводниками примесей идет с уровня Ферми, который в легированном донорами
(диэлектриками) состоит в характере зависимости удельной полупроводнике расположен посередине между уровнем примеси и
проводимости от температуры. У металлов с ростом температуры дном зоны проводимости.
проводимость падает, а у полупроводников и диэлектриков растет. 14Зонная модель электронно-дырочной проводимости
При Т ? 0 К у чистых металлов ? ? ?, а у полупроводников и полупроводников.
диэлектриков при Т ? 0 К проводимость стремится к нулю ? ? ? 0. 15Электронно-дырочные переходы. Рассмотрим контакт двух
Качественного различия между полупроводниками и диэлектриками в полупроводников с различными типами проводимости р- и n-типа. На
отношении электропроводности, пожалуй, нет. Проявление у одних практике такой контакт получается введением при выращивании в
веществ металлических свойств, а у других полупроводниковых и пластину чистого полупроводника (Si) в различные его части двух
диэлектрических может быть последовательно объяснено только в примесей: донорной (P, As) и акцепторной (B, In). Такой контакт
рамках квантовой теории. называется p-n переходом. Толщина границы между р и n областью
2Зонная модель электронной проводимости металлов. Согласно может быть порядка 10-4 см (рис.). Рис. 6.13. Принципиальная
квантовым представлениям, энергия электронов в атоме может схема контакта двух полупроводников с проводимостью р- и n-типа
изменяться дискретным образом. Причем, согласно принципу Паули, (а). Распределение электронов и дырок в области p-n перехода
в одном квантовом состоянии может находиться не более одного (б). Изменение электрического потенциала в p-n переходе (в).
электрона. В результате электроны не собираются на каком-то Вольт-амперная характеристика p-n перехода (г).
одном энергетическом уровне, а последовательно заполняют 16Электронно-дырочные переходы. Поскольку в полупроводнике
разрешенные энергетические уровни в атоме, формируя его р-типа избыток положительно заряженных дырок, а в n-типа –
электронные оболочки. При сближении большого числа атомов в электронов, то дырки начинают диффундировать в область, где их
пределах одного объема и образовании кристаллической структуры мало, т.е. в полупроводник n-типа, а электроны переходят в
химические связи между атомами образуются за счет электронов, образец р-типа (рис.б). Эта диффузия прекращается образующимся
находящихся во внешних, валентных, электронных оболочках. Причем из-за разделения зарядов электрическим полем, возникающим в
опять же, согласно принципу Паули, атомы не могут сбиться в месте контакта и имеющим там скачок (рис.в). Если теперь
плотную массу, поскольку в этом случае в одном квантовом включить полупроводник с p-n переходом в электрическую цепь и
состоянии оказалось бы много частиц с полуцелым спином ? направить внешнее электрическое поле вдоль поля, уже имеющегося
собственным моментом количества движения L = ?/2. Такие частицы в контакте, то это приведет к еще большему разделению электронов
называются фермионами, и к ним, в частности, относятся и дырок, и ток в цепи будет практически отсутствовать. Он будет
электроны, протоны, нейтроны. определяться лишь термически равновесной ионизацией
3Названы они так в честь итальянского физика Э. Ферми, полупроводника и движением свободных зарядов по цепи,
впервые описавшего особенности поведения коллективов таких концентрация которых очень мала, а сопротивление контактного
частиц. При сближении большого числа атомов в пределах твердого слоя p-n очень велико (рис.г), V < 0.
тела происходит расщепление исходного энергетического уровня 17Электронно-дырочные переходы. Если изменить направление
валентного электрона в атоме на N подуровней в твердом теле, где внешнего электрического поля и направить его от р- к n-области,
N ? число атомов, образующих кристалл. В результате образуется против контактного поля Ек, то уже небольшое внешнее поле
зона разрешенных энергетических уровней для электронов в твердом компенсирует контактное поле Ек и электроны и дырки начнут
теле (рис.1). Зонная модель электронной проводимости металлов. беспрепятственно проходить в обедненный слой и его сопротивление
4Зонная модель электронной проводимости металлов. В металлах практически исчезнет. Ток через контакт будет проходить (рис.
внешние валентные оболочки заполнены не полностью, например, у 6.13, г), V > 0. Поэтому если включить p-n переход в цепь с
атомов серебра во внешней оболочке 5s1 находится один электрон, напряжением, изменяющим свой знак, то при одном направлении поля
в то время как, согласно принципу Паули, могло бы находиться два ток через контакт будет проходить, а при другом – нет. В такой
электрона с различными ориентациями спинов ? собственных цепи произойдет выпрямление напряжения. На этом принципе
механических моментов, но второго электрона во внешней оболочке работают полупроводниковые выпрямители (рис.). «Выпрямление»
атома серебра просто нет. При сближении N атомов Ag и напряжения p-n переходом (полупроводниковым диодом). На выходе
расщеплении внешнего энергетического уровня 5s1 на N подуровней получается постоянное по знаку пульсирующее напряжение.
каждый из них заполняется уже двумя электронами с различными 18Электронно-дырочные переходы. Полупроводниковые выпрямители
ориентациями спинов, что показано стрелками на рис. 1. В весьма компактны и обладают высоким КПД. Так, выпрямитель на
результате при сближении N атомов серебра возникает основе Ge с нанесенным на него индиевым контактом площадью ? 1
энергетическая зона, наполовину заполненная электронами. мм2 при напряжении в 1 В может пропускать прямые токи больше 1
Энергия, соответствующая последнему заполненному электронному А, а обратные не превышают нескольких микроампер. При площади
уровню при 0 К, называется энергией Ферми ?F ? kTg. контакта в несколько квадратных сантиметров германиевые и
5Зонная модель электронной проводимости металлов. Расстояние кремниевые диоды способны пропускать токи в несколько сотен
между соседними энергетическими уровнями очень мало, поскольку N ампер, а их пробойное напряжение достигает сотен и тысяч вольт.
очень велико (до 1023 см?3?F ? 1?10 эВ, ?Е = ?F/N << kT ? Полупроводниковые приборы нашли широкое применение в технике,
0,025 эВ. Расстояние между соседними разрешенными уровнями радиотехнике для преобразования, усиления, генерации
электронов в металлах много меньше энергии теплового движения электрических сигналов и определяют в настоящее время прогресс
электронов даже при самых низких температурах. Если поместить цивилизации. Если концы кристалла с p-n переходом подключить к
проводник в электрическое поле, включив его, например, в микроамперметру и осветить область p-n перехода фотонами с
замкнутую цепь с источником ЭДС, то электроны начнут энергией h? > Eg – большей ширины запрещенной зоны, то по
перемещаться из точки с меньшим потенциалом к точке проводника с цепи пойдет ток и стрелка прибора отклонится. Поглощенные
большим потенциалом, так как их заряд отрицателен. Но движение в областью p-n перехода фотоны будут генерировать электроны и
электрическом поле означает увеличение энергии электрона, а по дырки. В области двойного электрического слоя электрон будет
квантовым представлениям, переход на более высокий перемещаться в n-область, а дырка ? в р-область. В результате
энергетический уровень у электрона возможен, если этот соседний ток потечет по внешней цепи из р-области в n-область. Энергия
уровень свободен. В металлах таких свободных уровней для фотонов в области p-n перехода будет превращаться в
электронов, находящихся вблизи уровня Ферми, вполне достаточно, электрическую энергию. На этом принципе работают солнечные
поэтому металлы являются хорошими проводниками электрического батареи, которые превращают световое излучение Солнца в
тока. электроэнергию, например для питания приборов на космических
6Зонная модель электронной проводимости металлов. Однако эту кораблях.
проводимость обеспечивают не все свободные электроны металла, а 19Сверхпроводимость. Существует одно явление, механизм
лишь те из них, что расположены вблизи уровня Ферми. которого оказалось возможным объяснить лишь в рамках квантовой
Концентрация таких электронов примерно равна nT/Tg, где Tg = теории. Причем между открытием этого явления и его объяснением
5?104 К – температура вырождения. Пусть n ? число всех прошло почти полвека. Речь идет о явлении сверхпроводимости. В
электронов на единицу объема металла: N(?) –функция плотности 1908 г. голландскому физику Г. Камерлинг-Оннесу удалось получить
состояний; N(?)d? ? число электронов в единице объема, жидкий гелий с температурой кипения 4,44 К. Метод получения
приходящееся на интервал энергий от ? до ? + d?. При абсолютном жидкого гелия оказался очень сложным и малоэффективным, и в
нуле все уровни энергии до ?F включительно заняты двумя течение долгого времени лишь лаборатория Камерлинг-Оннеса в
электронами каждый, а все уровни выше ?F свободны. Для функции Лейдине производила жидкий гелий. Изучая поведение сопротивления
плотности состояний имеем. ртути, охлаждаемой до гелиевых температур, Камерлинг-Оннес в
7Следовательно, Вычисленные и экспериментальные значения 1911 г. впервые в мире наблюдал исчезновение сопротивления ртути
энергии Ферми приведены в таблице. Экспериментальные значения практически до нуля. Это явление было названо
получены из опытов с мягкими рентгеновскими лучами. Зонная сверхпроводимостью. Камерлинг-Оннес писал: «При 4,3 К
модель электронной проводимости металлов. сопротивление ртути уменьшается до 0,084 Ом, что составляет
8Зонная модель электронно-дырочной проводимости 0,0021 от значения сопротивления, которое имела бы твердая ртуть
полупроводников. И в цепи с полупроводнико. При образовании при 0 ?С (39,7 Ом). Обнаружено, что при 3 К сопротивление падает
твердых тел возможна ситуация, когда энергетическая зона, ниже 3?10-6 Ом, что составляет 10-7 от значения при 0 ?С».
возникшая из энергетических уровней валентных электронов Отметим, что температурный интервал, в котором сопротивление
исходных атомов, оказывается полностью заполненной электронами, уменьшалось до нуля, очень узок, и для некоторых металлов он
а ближайшие, доступные для заполнения электронами энергетические составляет лишь 10-3 К.
уровни отделены от полностью заполненной валентной зоны 20Сверхпроводимость. В 1957 г. Дж. Бардином, Л. Купером, Дж.
промежутком неразрешенных энергетических состояний – так Шрифером дано квантово-механическое объяснение природы
называемой запрещенной зоной. Выше запрещенной зоны расположена сверхпроводимости (теория БКШ). Было показано, что хотя между
зона разрешенных для электронов энергетических состояний – зона электронами действуют силы кулоновского отталкивания, тем не
проводимости. Зона проводимости при 0 К полностью свободна, а менее в твердых телах при температуре перехода в сверхпроводящее
валентная зона полностью занята. Подобные зонные структуры состояние Тс – критической температуре, между электронами
характерны для кремния, германия, арсенида галлия (GaAs), начинают действовать силы притяжения, обусловленные обменом
фосфида индия (InP) и многих других твердых тел, являющихся фононами между электронами. Фононы – кванты упругих колебаний
полупроводниками (см. рис.). При повышении температуры кристаллической решетки. Это притяжение приводит к образованию
полупроводников и диэлектриков электроны способны получать связанных электронных пар – куперовских пар. Пары электронов уже
дополнительную энергию, связанную с тепловым движением kT. У не являются фермионами, и для них уже не действует принцип
части электронов энергии теплового движения оказывается запрета Паули. Спаренные электроны являются бозонами – частицами
достаточно для перехода из валентной зоны в зону проводимости, с нулевым спином, и стремятся сконденсироваться. В результате
где электроны под действием внешнего электрического поля могут такой конденсации образуется электрически заряженная,
перемещаться практически свободно. сверхтекучая электронная жидкость, обладающая свойствами
9Зонная модель электронно-дырочной проводимости сверхпроводимости. Сверхпроводящее состояние является
полупроводников. и в цепи с полупроводниковым материалом по мере макроскопическим квантовым состоянием металла. Электрон,
повышения температуры полупроводника будет нарастать движущийся среди положительно заряженных ионов, поляризует
электрический ток. Этот ток связан не только с движением решетку (рис. 6.17), т.е. электростатическими силами притягивает
электронов в зоне проводимости, но и с появлением вакантных мест к себе ближайшие ионы. Благодаря такому смещению ионов в
от ушедших в зону проводимости электронов в валентной зоне, так окрестности траектории электрона локально возрастает плотность
называемых дырок (рис.). положительного заряда. Второй электрон, движущийся вслед за
10В условиях термодинамического равновесия число электронов, первым, будет притягиваться областью с избыточным положительным
переходящих в зону проводимости n ~ , должно равняться числу зарядом. В результате косвенным образом за счет взаимодействия с
электронов n, рекомбинирующих с дырками р в валентной зоне Bnp: решеткой между электронами 1 и 2 возникают силы притяжения.
Bnp = Если полупроводник не содержит каких-либо примесей – Таким образом и получается связанная куперовская пара.
собственный полупроводник, то n ? p и мы получаем. Зонная модель 21Сверхпроводимость. Поскольку силы притяжения невелики,
электронно-дырочной проводимости полупроводников. n =. спаренные электроны слабо локализованы в пространстве.
11Зонная модель электронно-дырочной проводимости Эффективный диаметр куперовской пары имеет порядок 10-7 м, т.е.
полупроводников. Электроны забрасываются в зону проводимости с охватывает тысячи элементарных ячеек. Эти парные образования
уровня Ферми, который оказывается в собственном полупроводнике перекрывают друг друга, постоянно распадаются и вновь создаются,
расположенным посередине запрещенной зоны. Существенно изменить но в целом все пары образуют электронный конденсат, энергия
проводимость полупроводников можно, введя в них очень небольшие которого за счет внутреннего взаимодействия меньше, чем у
количества примесей. Так, добавление в чистый кремний 10?3 % совокупности разобщенных нормальных электронов. При определенных
(атом/атом) атомов фосфора увеличивает электропроводность условиях, которые выполняются в сверхпроводниках, такое
кристалла в 105 раз. В металлах примесь всегда уменьшает притяжение между электронами может превышать электростатическое
проводимость. Небольшое добавление примеси к полупроводнику их отталкивание. Благодаря поляризационному взаимодействию
называется легированием. Если добавить пятивалентный атом происходит образование куперовских пар и понижение энергии
фосфора в решетку кремния, то четыре валентных электрона фосфора основного состояния электронов (относительно уровня Ферми ?f).
вступят в связь с четырьмя соседними атомами кремния, у которого На энергетическом уровне, соответствующем этому состоянию,
во внешней оболочке четыре электрона, а пятый электрон атома Р происходит конденсация куперовских пар из электронов, которые
может достаточно легко отщепиться в результате теплового (пары) теперь являются бозе-частицами, или бозонами. На бозоны
движения и перейти в зону проводимости (рис. 6.11). В зонной запрет Паули не распространяется и в одном и том же квантовом
диаграмме атомы Р образуют систему энергетических уровней, состоянии может находиться любое число частиц; бозоны проявляют
расположенных вблизи дна зоны проводимости – донорные уровни (от «стремление» к объединению, т.е. тем интенсивнее заселяют данное
лат. dono – дарю), с которых электроны могут достаточно легко состояние, чем больше частиц уже находится в этом состоянии.
переходить в зону проводимости, существенно увеличивая Чтобы уничтожить это состояние, необходимо разрушить куперовскую
проводимость полупроводника. Полупроводники, легированные пару, т.е. затратить минимальную энергию (?2?) (на один электрон
донорной примесью, называются полупроводниками n-типа (n – ??). В энергетическом спектре электронов образуется щель Еg =
negative – отрицательный). За проводимость таких полупроводников 2?, определяющая уровень, на котором сконденсировались
отвечают свободные электроны, заряженные отрицательно. куперовские пары, от ближайшего разрешенного уровня,
12Зонная модель электронно-дырочной проводимости расположенного выше ?f. Электроны сверхпроводника образуют
полупроводников. Если ввести в кремний атомы трехвалентного единое целое квантовое состояние, которое в каждой точке
элемента, допустим атомы бора, то дополнительно к имеющимся во пространства описывается амплитудой волновой функции и ее фазой.
внешней оболочке атома бора трем электронам может быть размещен 22Сверхпроводимость. Энергетическая щель Еg = 2? ? область
четвертый, лишний, электрон, взятый у соседнего атома кремния запрещенных энергетических состояний. Спаренные электроны
(рис. 6.12). На появившееся свободное место в электронной располагаются на дне энергетической щели. Оценка показывает, что
оболочке атома кремния (дырку) может переместиться электрон с количество таких электронов составляет примерно 10?4 от общего
другого соседнего атома кремния, и дырка переместится еще на их числа. Размер энергетической щели зависит от температуры,
один шаг в кристаллической решетке. Поскольку в кристалле достигая максимального значения при Т = 0 К и полностью исчезая
кремния мигрирует вакантное место электрона во внешней валентной при Т = Тс. Теория БКШ дает следующую связь ширины щели с
оболочке атома кремния, то это эквивалентно перемещению критической температурой перехода (при Т = 0 К): 2? = 3,52kTc
эффективного положительного заряда по кристаллической решетке. Эта формула хорошо подтверждается экспериментально. Для
Проводимость в подобных образцах, легированных примесью с большинства сверхпроводников энергетическая щель составляет
меньшим числом электронов во внешней оболочке, чем у атомов 10-3?10-4 эВ. Известно, что электрическое сопротивление металла
основной матрицы, называется дырочной, а атомы такой примеси обусловлено рассеиванием электронов на тепловых колебаниях
называются акцепторами (от лат. acceptor – принимающий). решетки и на примесях. Однако при наличии энергетической щели
Полупроводники с акцепторными примесями являются для перехода электронов из основного состояния в возбужденное
полупроводниками р-типа (р – positive – положительный). требуется достаточная порция тепловой энергии, которую при
13Зонная модель электронно-дырочной проводимости низких температурах электроны не могут получить от решетки,
полупроводников. Концентрацию ионизованной примеси можно также поскольку энергия тепловых колебаний меньше ширины щели. Именно
рассчитать из условия равновесия между процессами ионизации и поэтому спаренные электроны не рассеиваются на дефектах
нейтрализации примеси. Например, для донорной примеси с структуры, т.е. их полный импульс не изменяется и сопротивление
концентрацией ионизованных атомов Nd+ имеем где А, В – равно нулю.
«Электрическая проводимость металлов» | Электрическая проводимость металлов.ppt
http://900igr.net/kartinki/khimija/Elektricheskaja-provodimost-metallov/Elektricheskaja-provodimost-metallov.html
cсылка на страницу

Свойства металлов

другие презентации о свойствах металлов

«Электронная проводимость металлов» - Примесный полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа. Последний электрод называют коллектором. Величину k называют электрохимическим эквивалентом. 14.1.2. Холодная и взрывная эмиссия. Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя n–p-переходами называются транзисторами.

«Электрический ток в металлах» - (Ч5). (Ч6). Отсюда удельный заряд e / m свободных носителей тока в металлах равен: Критическая температура у ртути равна 4,1 К, у аллюминия 1,2 К, у олова 3,7 К. Оглавление. (Ч2).

«Стали и чугуны» - Доэвтектический белый чугун < 4,3 % С. Например: сталь 40Х (0,4% С; 1% Cr), сталь 20Г (0,2% С;1% Mn), сталь 30ХНМА (0,3% С; 1% Cr; 1% Ni; 1% Mо; А – высококачественная сталь). Инструментальные стали всегда качественные и высококачественные. 4. По назначению – стали общего назначения, конструкционные, инструментальные, специальные. 4а.

«Использование металлов» - Металлы можно раскатать в листы. Из железа делают гвозди, гайки, болты, различные инструменты и многое другое. Коррозия металлов. Чугун. Стальные цистерны используют для перевозки концентрированной серной кислоты. Использование замедлителей коррозии - ингибиторов. . Использование водоотталкивающих смазок.

«Метал» - Енергія іонізаціі, визначається положенням металу в періодичній системі. Корозія металів. Ca - відновник. Найбільш типові елементи – метали розміщені на початку періодів(починаючи з 2). Загальні хімічні властивості (продовження). Хімічні властивості. Найбільш активно метали реагують з простими речовинами (неметалами): галогенами киснем сіркою.

«Электрическая проводимость металлов» - В 1957 г. Дж. Полупроводники с акцепторными примесями являются полупроводниками р-типа (р – positive – положительный). Толщина границы между р и n областью может быть порядка 10-4 см (рис.). Рис. 6.13. В металлах примесь всегда уменьшает проводимость. Рассмотрим контакт двух полупроводников с различными типами проводимости р- и n-типа.

Урок

Химия

64 темы
Картинки
Презентация: Электрическая проводимость металлов | Тема: Свойства металлов | Урок: Химия | Вид: Картинки
900igr.net > Презентации по химии > Свойства металлов > Электрическая проводимость металлов.ppt