Cấu trúc vùng năng lượng

Liên kết cộng hóa trị
Thuyết liên kết hóa trị VB
Kết hợp giữa lai hóa orbital AO của VB và mơ hình
VSEPR: thể giải thích và dự đốn số phối trí và
hình dạng phân tử, nhưng khơng giải thích được từ
tính và các phổ điện tử.

Thuyết orbital phân tử MO
Thuyết MO giải thích được các tính chất điện, từ
tính; khơng dự đốn được hình dạng phân tử. MO
là kết quả của sự tổ hợp tuyến tính các AO của các
nguyên tử nằm gần nhau.

Thuyết VB tập trung vào các electron ở lớp ngoài
của vỏ nguyên tử:


Cặp electron tạo thành liên kết cộng hóa trị do
sự đóng góp electron từ hai nguyên tử tham gia
liên kết;



Hai electron của một nguyên tử chiếm giữ một
AO sẽ tạo thành cặp electron không liên kết và
chiếm giữ một phần không gian dạng thùy
quanh nguyên tử;



Hai electron của cùng một nguyên tử vẫn có thể

tham gia tạo thành một liên kết giữa hai nguyên
tử, tạo thành liên kết phối trí;



Các ngun tử có thể đóng góp nhiều hơn một
electron vào quá trình hình thành liên kết giữa
hai nguyên tử tạo thành các liên kết bội.

Một số đặc điểm của quá trình tạo thành MO:
 Số lượng các MO tạo thành bằng số lượng các
AO tham gia tổ hợp;
 MO liên kết có năng lượng thấp hơn AO tham
gia tổ hợp, MO phản liên kết có năng lượng cao
hơn, MO khơng liên kết có cùng mức năng
lượng với AO riêng lẻ;
 MO (hoặc *) có vùng xen phủ nằm trên
đường nối tâm các nguyên tử; vùng MO 
(hoặc *) không nằm trên đường nối tâm


Cấu trúc electron của tinh thể kim loại Al


Cấu trúc vùng năng lượng của Na

Năng lượng

B

C

3p
3s

A
2p
2s
1s
r’
ro
khoảng cách giữa các nguyên tử


Năng lượng

~6 eV

(a)
Na

(b)
Mg

(c)
Graphite

(d)
Si, CdS

(e)
Kim cương

Cấu trúc vùng năng lượng của (a) (b) kim loại, (c) á kim, (d) bán dẫn, và (e) cách
điện. Vùng màu đỏ: các mức năng lượng trống; vùng màu xanh: mức bị chiếm giữ.


Cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn

Vùng dẫn

e– e– e– e–

 Eg 
n  n0 exp   
 kT 

Vùng cấm

+

+

+

+

Vùng hóa trị

Sự hình thành các dải năng lượng của bán dẫn thuần Si

*
sp3

Vùng dẫn
sp3

Vùng cấm
Vùng hóa trị


(a)

(b)


Cấu trúc vùng năng lượng của các chất rắn vô cơ
Hợp chất III–V, II–VI và I–VII

3s, 3p của Cl– đầy,
còn của Na+ trống

Sự chồng chập các AO 3p
của Cl– tạo thành dải VB đầy

Sự chồng chập các AO 3s và 3p
của Na+ tạo thành dải CB trống


Cấu trúc vùng năng lượng của các chất rắn vô cơ
Hợp chất của kim loại chuyển tiếp

TiO:
- Cấu trúc kiểu NaCl
- Độ dẫn điện ~103 –1cm–1

NiO:
- Cấu trúc kiểu NaCl
- Độ dẫn điện ~10-14 –1cm–1

x

x

y

y
Ti

O

Ti

Ni

O

Ni

O

Ti

O

O

Ni

O

Ti

O

Ti

Ni

O

Ni

(a)
Ti2+ có cấu hình 3d2

(b)
Ni2+ có cấu hình 3d8


Độ dẫn điện

Định nghĩa

Cơng thức tổng qt tính độ dẫn điện:

  ne


Chất bán dẫn có cấu trúc tinh thể kiểu kim cương và sphalerite
• Ngun tố nhóm IV gồm C, Si, Ge đều có cấu trúc mạng tinh thể kiểu kim cương.
• Các hợp chất tổ hợp của ngun tố nhóm III–V như GaAs hoặc GaP; hoặc II–VI như
CdTe cũng có cấu trúc cơ bản kiểu kim cương nhưng có sự luân phiên các nguyên tố
trong hốc tứ diện (kiểu sphalerite).

Si

Si

Si

Si

x

x

x

Si

x

Si

x

x

Ga

x
x

Si

Si

Si

x

Si

Vùng dẫn

1.1 eV

(a)

x

Si

0.1 eV

e e e
Vùng hóa trị

electron thừa

x

Vùng dẫn

0.1 eV

As

x

Si

Si

x

e

e

mức nhận

e e e e e

1.1 eV
Vùng hóa trị

(b)

(a) bán dẫn loại p Si pha tạp Ga, (b) bán dẫn loại n Si pha tạp As.

mức cho


Ví dụ 1


Ví dụ 2

(Giả thiết mỗi nguyên tử B pha tạp sẽ làm phát sinh một lỗ trống pha tạp)