Πώς εξηγεί ο αριθμός των ηλεκτρόνων σθένους στα μεταλλοειδή ατόμων γιατί είναι ημιαγωγοί;

Τα μεταλλοειδή, γνωστά και ως ημιμετρικά, παρουσιάζουν ένα μοναδικό συνδυασμό ιδιοτήτων που πέφτουν μεταξύ εκείνων των μετάλλων και των μη μεταλλικών. Η ικανότητά τους να δρουν ως ημιαγωγοί σχετίζονται άμεσα με τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους που διαθέτουν.

Εδώ είναι:

* ηλεκτρόνια σθένους: Τα ηλεκτρόνια σθένους είναι τα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος ενός ατόμου και είναι αυτά που εμπλέκονται στη χημική σύνδεση. Τα μεταλλοειδή έχουν έναν μέτριο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους , τυπικά 3 έως 6. Αυτός ο αριθμός δεν αρκεί για να σχηματίσει ισχυρούς μεταλλικούς δεσμούς όπως τα μέταλλα, αλλά δεν είναι επίσης τόσο υψηλή όσο τα μη μέταλλα, τα οποία έχουν την τάση να κερδίζουν ηλεκτρόνια και να σχηματίζουν ιονικούς δεσμούς.

* Συμπεριφορά ημιαγωγών: Τα μεταλλοειδή έχουν μια ζώνη με μερικώς γεμάτη σθένος και ένα μικρό ενεργειακό κενό μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας. Αυτή η μοναδική ηλεκτρονική δομή επιτρέπει:

* αγωγιμότητα υπό ορισμένες συνθήκες: Όταν εφαρμόζεται μια εξωτερική πηγή ενέργειας (όπως η θερμότητα ή το φως), ορισμένα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να πηδούν από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας, αυξάνοντας την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μεταλλοειδή ονομάζονται ημιαγωγοί - η αγωγιμότητά τους είναι "μεταξύ" των αγωγών (μετάλλων) και των μονωτήρων (μη μέταλλα).

* Ελεγχόμενη αγωγιμότητα: Το ενεργειακό χάσμα και ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους μπορούν να χειριστούν από το ντόπινγκ, το οποίο περιλαμβάνει την προσθήκη ακαθαρσιών στο μεταλλοειδές. Αυτό επιτρέπει την τελειοποίηση της αγωγιμότητας του υλικού, καθιστώντας το κατάλληλο για διάφορες ηλεκτρονικές εφαρμογές.

Παραδείγματα:

* πυρίτιο (SI): Το πυρίτιο διαθέτει 4 ηλεκτρόνια σθένους και είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος ημιαγωγός σε τρανζίστορ, ολοκληρωμένα κυκλώματα και ηλιακά κύτταρα.

* Germanium (GE): Παρόμοια με το πυρίτιο, το γερμανικό έχει επίσης 4 ηλεκτρόνια σθένους και χρησιμοποιείται σε τρανζίστορ και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές.

* Arsenic (as): Το Arsenic διαθέτει 5 ηλεκτρόνια σθένους και χρησιμοποιείται συχνά ως ντόπιο για να τροποποιήσει τις ιδιότητες άλλων ημιαγωγών.

Συνοπτικά: Ο μέτριος αριθμός ηλεκτρονίων σθένους σε μεταλλοειδή οδηγεί σε μια μερικώς γεμάτη ζώνη σθένους και ένα μικρό ενεργειακό κενό, επιτρέποντας τη μοναδική συμπεριφορά ημιαγωγών αυτών των στοιχείων. Η αγωγιμότητά τους μπορεί να ελεγχθεί από το ντόπινγκ, καθιστώντας τα βασικά συστατικά στα σύγχρονα ηλεκτρονικά.