Основы полупроводниковой электроники. Яровой Г.П - 15 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

29
m > n, а значит, силы отталкивания являются короткодейст-
вующими. Результирующая сила взаимодействия F между
атомами определяется как drdE и равна нулю в случае рав-
новесного расстояния между атомами r=r
0
.
Природа сил притяжения различна для различного типа
связей.
• Молекулярные кристаллы содержат в узлах решет-
ки молекулы, удерживаемые силами Ван-дер-Ваальса (силы,
аналогичные силам притяжения двух электрических дипо-
лей). Молекулярные кристаллы имеют низкие температуры
плавления и кипения, сильную сжимаемость, малую электро-
проводность, они прозрачны для электромагнитного излуче-
ния вплоть до дальнего ультрафиолета. К ним относятся такие
вещества, как H
2
, N
2
, Cl
2
, H
2
O, CO
2
, органические кристаллы,
инертные газы в твердом состоянии и т.д.
• Ионные кристаллы. Силы притяжения в ионных
кристаллах представляют собой кулоновские силы взаимо-
действия между ионами противоположных знаков, локализо-
ванными в узлах решетки. Ионная связь является гетеропо-
лярной, которая характеризуется обязательным переносом
электрона от одного атома (чаще всего щелочного металла) к
другому атому (галогену). Как правило, ионные кристаллы −
это неорганические диэлектрики с проводимостью в 10
20
раз
меньшей, чем у металлов. С повышением температуры про-
водимость в них, в отличие от металлов, возрастает, так как
она связана с диффузией ионов вдоль решетки (ионная элек-
тропроводность). Ионные кристаллы хорошо поглощают
электромагнитное излучение в инфракрасной части спектра. В
качестве примера кристаллов с ионными связями можно на-
звать NaCl, ZnS, KCl, AgBr.
• Атомные кристаллы образуются за счет ковалент-
ной (валентной, гомеополярной, обменной) связи между ато-
мами решетки. Она возникает при перекрытии внешних элек-
тронных оболочек соседних атомов, когда резко возникает
вероятность туннельного перехода валентных электронов от
30
одного атома к другому. При расстоянии между ядрами менее
0,2 нм частота обмена валентными электронами настолько
велика, что можно говорить о системе из двух ядер с обобще-
ствленными валентными электронами, принадлежащими обо-
им ядрам. Такая система может быть более устойчивой, чем
два изолированных друг от друга атома.
Ковалентная связь присуща в основном элементам сред-
них групп периодической системы, таким, как C, Ge, Si, а
также большинству органических соединений, галогенам и
т.д. Атомные кристаллы характеризуются большой прочно-
стью, низкой сжимаемостью, высокой температурой плавле-
ния, малой проводимостью при низких температурах (в от-
сутствии примесей) и заметным её ростом с повышением
температуры. По оптическим свойствам они близки к ионным
кристаллам.
• Металлические кристаллы образуются главным
образом из атомов первых групп периодической системы. Си-
лы притяжения связаны с обобществлением электронов про-
водимости, которые принадлежат всему кристаллу и ведут
себя как газ, подчиняющийся статистике Ферми.
2.3. Ковалентная связь
Для иллюстрации природы ковалентной связи можно рас-
смотреть простейший пример взаимодействия двух атомов
водорода. По мере сближения атомов вероятность перехода
электронов к "чужим" ядрам увеличивается. При расстоянии
между ядрами r = 0,2 нм наступает заметное перекрытие
электронных облаков этих атомов и частота перехода дос-
тигает значения
10
14
Гц. При дальнейшем сближении степень перекрытия об-
лаков и частота обмена увеличиваются настолько, что теряет
смысл говорить о принадлежности электронов какому-то кон-
кретному атому. Это соответствует возникновению нового
состояния, не свойственного системе, образованной двумя

Страницы