KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Az anyag mikroszkopikus szerkezete

23. lecke: A szilárd testek szerkezete

A szilárd testek szerkezete

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • A szilárd testek szerkezete (és alfejezetei)
  • Elektronok viselkedése szilárd testekben (és alfejezetei)

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • Elmondani, mi jellemzi a kristályos és mi az amorf anyagokat és mindegyikre példát is mondani a mindennapi életből.
  • A szilárd testek fő kötéstípusainak kialakulási feltételeit leírni.
  • Példákat mondani az egyes kötéstípusokra.
  • Összehasonlítani a kötéstípusokat tartósság szerint.
  • Felrajzolni a szilárd testek elektronjainak sávszerkezeti ábráját a térbeli elhelyezkedés jelzésével és anélkül, jelölve az egyes tartományok nevét.
  • Elmondani, miért folynak össze a diszkrét energiaszintek sávokká a szilárd testekben.
  • Az elektronok energia szerinti eloszlását jellemző betöltési valószínűség függvényt értelmezni, több hőmérséklet esetén grafikonját felrajzolni.
  • Meghatározni a Fermi-szint fogalmát.
  • Felrajzolni a szigetelők, fémek és félvezetők sávszerkezeti ábráját.
  • Elmagyarázni, miért jó vezetők a fémek alacsony hőmérsékleten is és miért szigetelnek ilyenkor a félvezetők.
  • Elmagyarázni, miért nő a szigetelők és félvezetők vezetőképessége, ha a hőmérséklet növekszik.

Támpontok a tanuláshoz

Az előző leckéhez hasonlóan ez is olvasmányos, elsősorban elméleti ismereteket tartalmazó rész. Így ha a korábbiakat megértette, ezzel a leckével sem lehet gondja.

A szilárd testek szerkezetéről szóló részben fordítson időt az ábrák tanulmányozására, hogy térben is el tudja képzelni azok kristályszerkezetét.

Az elektronok energia szerinti eloszlásáról szóló résznek a kulcsa a betöltési valószínűség függvény jelentésének megértése és az ezt mutató ábrák értelmezése olyan szintig, hogy önállóan is fel tudja azokat rajzolni.

A lecke végén található sávszerkezeti ábrák (szigetelők, fémek és félvezetők) közti különbségeket értse meg pontosan, mert ezek adják az alapját a félvezetőfizikai ismereteinknek.

Ellenőrző kérdések
1. Mik helyezkednek el a közönséges konyhasó (NaCl) kristály bázispontjaiban?
Molekulák.
Atomok.
Ionok.
Atomcsoportok.
2. Mik helyezkednek el a gyémánt kristályrács bázispontjaiban?
Molekulák.
Ionok.
Atomcsoportok.
Atomok.
3. Mi a Fermi-szint szemléletes jelentése nagyon alacsony hőmérsékleten?
Kifejezi azt az energiamennyiséget, ami az elektronnak a vezetési sávba való feljutáshoz kell.
Kifejezi mennyi energia kell a hőmérséklet egységnyi nagyságú növeléséhez.
Ennyi energia kell egy elektronnak a fémből való kiszakításához.
Nagyon alacsony hőmérsékleten az elektronok a Fermi-szintig töltik be az energiaszinteket.
4. Mit nevezünk tiltott sávnak a szilárd testek elektronszerkezetében?
Az a része az anyagnak, ahol nem lehetnek elektronok.
Az a feszültségtartomány, amely hatására az elektronok nem tudnak kilépni a fémből.
Az a része az anyag felszínének, ahova nem tudnak az elektronok eljutni.
Az az energiatartomány, melyben nem lehetnek elektronok.
5. Nagyságrendileg hol található a legtöbb anyag Fermi-szintje?
5-10 keV kötött.
100-120 eV között.
5-10 eV között.
3-9 meV között.