กลไกการสร้างสีของอุปกรณ์กึ่งตัวนำและฉนวน

กลไกการสร้างสีของเซมิคอนดักเตอร์และฉนวน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างตัวนำและเซมิคอนดักเตอร์และฉนวนคือการขาดช่องว่างของแถบ ในตัวนำตัวนำแถบวาเลนซ์และวงตัวนำซ้อนทับกัน ไม่มีช่องว่างระหว่างพวกเขา อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้ง่าย อย่างไรก็ตามในเซมิคอนดักเตอร์และฉนวนมีช่องว่างระหว่างวงวาเลนซ์และแถบนำทาง ความกว้างของช่องว่างของวัสดุแตกต่างกันและความกว้างของช่องว่างของฉนวนนั้นกว้างกว่าของสารกึ่งตัวนำมาก ในเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กตรอนของวงวาเลนซ์จะดูดซับพลังงานได้เพียงพอที่จะสูบการนำความร้อนไปยังวงนำได้อย่างง่ายดาย ในฉนวนอิเล็กตรอนวงวาเลนซ์ไม่สามารถรับพลังงานเกินกว่าความกว้างของช่องว่างจากการกระตุ้นด้วยความร้อนและข้ามไปยังแถบการนำไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอนไม่กี่ตัวในแถบการนำความร้อนของฉนวนดังนั้นจึงแทบไม่มีการนำไฟฟ้า

เซมิคอนดักเตอร์และฉนวนที่พบในธรรมชาติมักจะรวมถึงเซรามิกและโพลีเมอซึ่งมีช่องว่างวง ช่วงความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นคือ 380-760nm และพลังงานโฟตอนของแสงสีม่วงที่มีพลังมากที่สุดคือประมาณ 3.2ev เมื่อช่องว่างของแถบฉนวนเกิน 3.2eV ฉนวนจะไม่ดูดซับแสงที่มองเห็นซึ่งสามารถส่งผ่านได้อย่างสมบูรณ์ ณ จุดนี้สีของวัสดุฉนวนจะได้รับผลกระทบส่วนใหญ่จากโครงสร้างทางจุลภาค ตัวอย่างเช่น monocrystalline alumina มีความโปร่งใส Polycrystalline alumina เนื่องจากดัชนีการหักเหที่แตกต่างกันของธัญพืชที่แตกต่างกันทำให้การกระเจิงของแสงตกกระทบในกระบวนการของการแพร่กระจายภายในของผลึกซึ่งช่วยลดความโปร่งใสของวัสดุ คริสตัลไลน์หรืออลูมินาที่มีรูพรุนมีความทึบแสงสมบูรณ์เนื่องจากมีการกระเจิงของแสงที่ตกกระทบมากขึ้น วัสดุเป็นสีขาว

สารประกอบไอออนิคทั่วไปสามารถดูดซับแสงในพื้นที่อัลตราไวโอเลตด้วยความถี่ที่สูงขึ้น แต่ไม่สามารถดูดซับแสงในพื้นที่ออปติก ดังนั้นสารประกอบไอออนิกโดยทั่วไปมักจะไม่มีสีหรือของแข็งสีขาว เมื่อประจุบวกของโลหะและประจุลบของสารประกอบมีขั้วซึ่งกันและกันเมฆอิเล็กตรอนจะทับซ้อนกันในระดับหนึ่งและแสดงค่าความแปรปรวนร่วม เมื่อความแปรปรวนร่วมของสารประกอบถึงระดับหนึ่งมันจะดูดซับส่วนหนึ่งของแสงสีทำให้สารประกอบนั้นมีสีที่แน่นอน ด้วยการเพิ่มขึ้นของความแปรปรวนร่วมของสารประกอบช่วงการดูดซับของแสงที่มองเห็นจะเพิ่มขึ้นและสีของสารประกอบค่อยๆลึกลง ความแปรปรวนร่วมของมันขึ้นอยู่กับการโพลาไรเซชันและความผิดปกติของแคทไอออนและแอนไอออนของโลหะ หากโพลาไรเซชันและการเสียรูปของไอออนมีขนาดใหญ่สารประกอบจะมีความเข้มสีเข้มและสีเข้ม

โดยทั่วไปอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่จะดูดซับพลังงานและกระโดดได้มากกว่าอิเล็กตรอนที่จับคู่ดังนั้นวัสดุที่มีสีมากที่สุดที่เราพบประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่เช่น Fe3 +, Cu2 + เป็นต้นและเราสังเกตว่าไอออนโลหะทรานซิชันมีสีที่หลากหลาย ของเงื่อนไขข้างต้น:

(1) มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่

(2) ความแตกต่างของพลังงานระหว่างวงโคจรหลังจากแยกระดับพลังงานอิเล็กตรอนออกจากวงโคจรตกอยู่ในช่วงของพลังงานแสงที่มองเห็นได้

ไอออนโลหะทรานซิชันร่วมกันมักจะอยู่ในรูปของคอมเพล็กซ์เช่นไฮเดรตแอมโมเนียคอมเพล็กซ์ไซยาไนด์เชิงซ้อน ฯลฯ พวกมันมักจะมาพร้อมกับการแยกระดับพลังงานวงโคจร d ในกระบวนการสร้างคอมเพล็กซ์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการกำหนดค่าของ เชิงซ้อนและคุณสมบัติของลิแกนด์ตัวเอง แต่เดิมอิเล็กตรอน d มีวงโคจรพลังงานเท่ากับห้า: dxy dyz DZX dx2-y2 dz2 สามคนแรกอยู่ที่มุม 45 องศากับแกนพิกัด Dx2-y2 อยู่บนระนาบ xy และไปในทิศทางเดียวกันกับแกนพิกัด Dz2 เป็นรูปดัมเบลล์พร้อมวงแหวนและขยายไปตามแกน z

วงโคจรทั้งห้าชนิดนี้ได้รับผลกระทบและถูก จำกัด โดยแกนด์ถึงองศาที่แตกต่างกันในกระบวนการสร้างคอมเพล็กซ์ ตัวอย่างเช่นการพิจารณาการกำหนดค่าการประสานงานแปดด้านไฮเดรตกับจำนวนการประสานงาน 6 เนื่องจากแกนด์ตั้งอยู่ในทิศทางสามแกนของไอออนกลางนั่นคือขัดแย้งกับทิศทางการขยายของ dx2-y2dz2 จากนั้นทั้งสอง d orbitals ของไอออนส่วนกลางจะผลักกันโดยประจุลบของแกนด์และพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญอีกสาม orbitals ซวนเซกับแกนด์และการเปลี่ยนแปลงพลังงานมีขนาดเล็กกว่าของ dx2-y2dz2 d ของวงโคจรของไอออนกลางนั้นจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: พลังงานที่ค่อนข้างสูง dx2-y2dz2 และพลังงานที่ค่อนข้างต่ำ dxy dyz DZX ซึ่งความแตกต่างของพลังงาน (ระหว่าง 1.99 · 10-19j และ 5.96 · 10-19j) บางส่วนอาจตก ภายในช่วงแสงที่มองเห็น (5.5 · 10-19 และ 3.0 · 10-19) อิเล็กตรอน D กระโดดระหว่างวงโคจรทั้งสองชุดนี้ได้อย่างง่ายดายทำให้เกิดแสงสีที่ดวงตามนุษย์สามารถรับรู้ได้

อย่างไรก็ตามวัสดุอินทรีย์โพลีเมอร์ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ โมเลกุลอินทรีย์ที่อิ่มตัวนั้นประกอบด้วยพันธะทั้งหมดจะค่อนข้างแข็งในโครงสร้างและต้องการพลังงานสูงกว่าในการกระตุ้นอิเล็กตรอน ดังนั้นคลื่นแสงที่ดูดซับได้จะอยู่ในเขตอุลตร้าไวโอเล็ตไกลซึ่งมีความถี่สูงกว่าซึ่งกำหนดว่าสารประกอบอินทรีย์อิ่มตัวที่เกิดจากพันธะไม่มีสี

2.3 ลักษณะสีของบล็อกและผง
ในระยะสั้นสาระสำคัญของสีของสสารจำนวนมากไม่ว่าจะเป็นตัวนำตัวนำเซมิคอนดักเตอร์หรือฉนวนกันความร้อนคือการดูดซับแบบเลือกของแสงที่มองเห็น

เครื่องเคลือบสีตกแต่ง PVD ติดต่อ IKS PVD， E-mail： iks.pvd@foxmail.com