Concetti Chiave
- I metalli presentano una struttura compatta e sono caratterizzati da un legame metallico che consente loro di essere buoni conduttori di elettricità.
- I conduttori metallici hanno bande semiriempite, mentre gli isolanti hanno bande di valenza completamente riempite e bande di conduzione vuote con un ampio gap di energia.
- I semi-conduttori, come il silicio, mostrano un gap di energia più piccolo, consentendo a un numero limitato di elettroni di occupare la banda di conduzione.
- Il drogaggio dei semi-conduttori può essere di tipo n, aumentando il numero di elettroni, o di tipo p, creando "buchi positivi" nella banda di valenza.
- Le bande di conduzione nei metalli derivano dalla sovrapposizione di bande s e p, consentendo la mobilità degli elettroni e la conduzione elettrica.
Quali sono le caratteristiche dei metalli?
-Struttura compatta (numeri di coordinazione elevati)
-Conduttori
-Varietà di punti di fusione
-Legame metallico
-Impaccamento compatto di sfere:
ogni sfera è circondata da altre 12 sfere
esagonale compatta (hcp)cubica compatta (ccp)
Legame metallico
Modello a gas elettronico non è soddisfacente-->Modello a bande (deriva dalla teoria MO):
-Bande semiriempite (caso del solido)= bande in cui gli elettroni sono liberi di muoversi-->bande di conduzione
-Bande completamente riempite= elettroni senza bande vuote accessibili-->materiali isolanti
Le bande di conduzione si originano anche dalla sovrapposizione di bande s e p (2° gruppo)
Conduttori e isolanti
Conduttori, isolanti e semi-conduttori
a)Il conduttore metallico ha una banda semiriempita
b)Un isolante elettrico ha una banda di valenza completamente riempita e una banda di conduzione completamente vuota separate da un gap di energia molto grande
Es. diamante
c)In un semi-conduttore il gap è piu piccolo-->la banda di conduzione può venire occupata da un piccolo numero di elettroni e la banda di valenza è parzialmente non occupata-->infatti il gap può essere superato per esempio da aumenti di energia degli elettroni dovuta a variazioni di temperatura.
Scendendo nel gruppo il gap si riduce
Es. silicio
Drogaggio dei semi-conduttori
Drogaggio dei semi-conduttori
Tipo n
-Es. silicio drogato con F
-Ha più elettroni di quanti ne avrebbe se fosse tutto silicio e vanno a finire sulla banda di conduzione
Tipo p
-Es. silicio drogato con B
-Ha meno elettroni di quanti ne avrebbe se fosse solo silicio-->”buchi positivi” nella banda di valenza
In entrambi i casi gli elettroni possono muoversi
Domande da interrogazione
- Quali sono le principali caratteristiche dei metalli?
- Qual è la differenza tra conduttori, isolanti e semi-conduttori?
- Come avviene il drogaggio dei semi-conduttori?
I metalli presentano una struttura compatta con numeri di coordinazione elevati, sono buoni conduttori di elettricità e hanno una varietà di punti di fusione. Il loro comportamento è spiegato dal legame metallico e dal modello a bande, dove le bande semiriempite permettono il movimento degli elettroni.
I conduttori metallici hanno bande semiriempite, mentre gli isolanti hanno bande di valenza completamente riempite e bande di conduzione vuote, separate da un ampio gap di energia. I semi-conduttori, come il silicio, presentano un gap più piccolo, permettendo a un numero limitato di elettroni di occupare la banda di conduzione.
Il drogaggio dei semi-conduttori può essere di tipo n, come nel silicio drogato con fosforo, che aggiunge elettroni alla banda di conduzione, o di tipo p, come nel silicio drogato con boro, che crea "buchi positivi" nella banda di valenza. In entrambi i casi, gli elettroni possono muoversi liberamente.
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