Лекция 4

Плотность электронных облаков вне атомов будет меньше, чем плотность при вычитании, это приводит к появлению сил притяжения, т.е. возникновению энергетических связей между атомами. Энергия такой системы понижается. В этом случае энергия связи вычисляется через объёмный интеграл. Все ковалентные кристаллы обладают высокой прочностью и химической стойкостью.

При t^oблизких к абсолютному нулю все вещества с ковалентной связью представляют собой диэлектрик. При более высокихt^oстановятся полупроводниками. При разрушении ковалентной связи (в расплаве) никогда не возникает ионов.

Молекулярная связь характерна для кристаллов, в углах кристаллической решётки которых находятся молекулы. Эти молекулы обычно удерживаются в узлах с помощью слабых Ван-дер-вальсовских взаимодействий. Эти взаимодействия сводятся к взаимодействиям между молекулами.

Ориентационное молекулярное взаимодействие существует между полярными молекулами. Они разрушаются при повышении температуры.
Индукционные (поляризационные)—взаимодействия между индуцированными (наведёнными) диполями.
Дисперсионные взаимодействия существуют за счёт мгновенных дипольных моментов, возникающих в атомах и молекулах. Это очень слабый вид взаимодействия. К плоским материалам относятся инертные газы в твёрдом состоянии и некоторые дипольные кристаллы.

Металлическая связь характерна только для тех материалов, в узлах кристаллической решётки которых располагаются только положительные ионы. Между ионами кристаллической решётки существуют силы отталкивания. А силы притяжения в этих условиях возникают за счёт свободных электронов (обобществлённого электронного газа).

Вещество чистых не имеют структуру такой кристаллической решётки с плотной упаковкой. Координационное число может быть равно 8 или 12.

Металлическая связь является более гибкой и пластичной, чем ковалентная. Поэтому большинство металлов обладает хорошей пластичностью и ковкостью. А наличие электронного газа приводит к высокой тепло- и энергопроводности. Многим металлам присуще явление полиморфизма— способность кристаллизоваться в различных модификациях ( ).

Концентрацию электронного газа в металле считают исходя из того, что на каждый валентный атом приходится один свободный электрон.

Концентрация электронов в металле очень высокая, что обуславливает квантовые свойства электронов в металле. Электронный газ в металле представляет собой вырожденную квантовую систему, подчиняющуюся статистике Ферми-Дерака. Такому статистическому распределению подчиняются системы, состоящие из _________-- частиц с полуцелым спином. Электроны относятся к ________________ и имеют спин равный ½.

Кроме того, такие системы подчиняются принципу запрета Паули и принципу тождественности.

Принцип запрета Паули: в любом квантовом состоянии может находиться только один

_____________, т.е. каждый электрон невозбуждённого атома должен занимать самый глубокий из ещё незаполненных уровней. На этом уровне может находиться не более двух электронов: один со спином, равным +½, другой-- -½.

Кристаллическая структура твёрдых тел.

Большинство ____________ приборов в электронике устроены на основе предельно чистых монокристаллов.

Это в первую очередь полупроводниковые кристаллы слаболегированные определёнными сплавами. Поэтому для понимания принципа действия данных приборов необходимо иметь представление о структуре кристаллов и методах их описания. Для описания структуры вводится понятие кристаллическая решётка— это мысленная пространственная структура, узлы которой совмещаются с ионами, атомами и молекулами вещества, т.е. фактически совмещаются с базисом . Базис—количество вещества, заполняющего кристаллическую решётку.

Основным свойством кристаллов является трансляционная симметрия. Согласно требованиям этой симметрии можно провести операцию трансляции, т.е. параллельно переместить какой-нибудь узел решётки по направлению вектора трансляции. При этом ничего не изменится в окружении атома или молекулы, находящихся в этом узле.

Где - вектор трансляции, соединяющий такие два положения какого-либо узла в кристалле, которые имеют совершенно одинаковые окружения.

Где - числовые коэффициенты.

- основные вектора трансляции, а их модули— периоды решётки.

Параллелепипед, построенный на основных векторах трансляции—элементарная ячейка кристаллической решётки.

Кристаллическая решётка называется простой, а ячейка—примитивной, если на одну ячейку приходится один атом вещества.

Постоянная кристаллической решётки— величина, порядок которой совпадает с порядком длинны основных трансляционных векторов. Кроме трансляционной симметрии кристаллическая решётка обладает некоторой совокупностью симметрии направления, т.е. характеризуется совокупностью операций, переводящих вектор в другой вектор решётки, исходящей из той же точки. (Поворот, инверсия, отображение в некоторых плоскостях). Объём элементарной ячейки равен смешенному произведению векторов трансляции.

Классификация типов кристаллической решётки.

Согласно классификации французского кристаллографа Браве существует 14 типов кристаллической решётки.

Решётка Браве—бесконечная периодическая структура, образованная дискретными точками, и имеющая абсолютно одинаковый порядок и ориентацию.

Монокристалл представляет такую совокупность атомов, что любому кристаллу можно поставить в соответствие определённую решётку Браве. 14 решёток Браве делятся на 7 групп.

- простая сингония.