В настоящее время известно 105 химических элементов, из них 82 элемента при нормальных условиях являются металлами.
Металлы в твердом состоянии обладают повышенной способностью к пластической деформации, непрозрачностью и хорошей отражательной способностью, высокой тепло – и электропроводностью, положительным температурным коэффициентом электросопротивления. Свойства металлов обусловлены их атомно-кристаллическим строением и характером химической связи между атомами.
Твердый металл представляет собой совокупность сложенных в правильную пространственную решетку положительно заряженных ионов, окруженных коллективизированными и делокализованными в пространстве валентными электронами (электронный газ). При объединении отдельных атомов в устойчивый комплекс между атомами возникают различные химические связи. Тип связи зависит от электронного строения свободных атомов и прежде всего от строения их валентных оболочек. Каждому типу связи соответствует определенный комплекс свойств. Из известных в настоящее время четырех основных видов химических связей (металлическая, ковалентная, ионная и вандерваальсовая) в металлах и сплавах наиболее часто встречается металлическая связь.
Пребывание валентных электронов в любой точке решетки металла равновероятно. Поэтому электропроводность в металлах легко реализуется: под влиянием приложенной извне энергии валентные электроны переходят на свободные верхние энергетические уровни, что сопровождается переходом от беспорядочного движения электронов к ориентированному.
В полупроводниках и диэлектриках валентные электроны в значительной мере локализованы в пространстве.
Энергетическая зона валентных Электронов при О К занята полностью и отделена от зоны проводимости зоной запрещенных энергий различной ширины. Если между металлами и полупроводниками имеется качественное различие, то между полупроводниками и диэлектриками различие количественное – в величине ширины, запрещенной зоны.
Электросопротивление металлов и полупроводников можно изменить нагревом, облучением, пластической деформацией или изменением химического состава. В металлах эти воздействия уменьшают подвижность носителей заряда и соответственно увеличивают Электросопротивление на несколько процентов или в редких случаях на десятки процентов. В полупроводниках подвижность также изменяется, но, кроме того, перечисленные воздействия изменяют концентрацию носителей заряда, причем это последнее изменение может быть очень большим – вплоть до нескольких порядков.
В металлах носителями тока являются только электроны. В полупроводниках, кроме электронов, носителями тока служат также положительно заряженные вакансии или «дырки», которые образуются в валентной оболочке атома при переходе электрона из валентной оболочки в зону проводимости. При введении в чистые металлы посторонних атомов-примесей электропроводность уменьшается, удельное электросопротивление возрастает. В полупроводниках присутствие примесных атомов приводит к увеличению электропроводности. Внося в чистый полупроводник атомы примесного вещества, можно создать электронную или дырочную проводимость и, таким образом, значительно (в миллионы раз) увеличить проводимость полупроводников по сравнению с его собственной электропроводностью.
Примеси, которые увеличивают число свободных электронов в полупроводнике, называются донорными. Донорные примеси создают электронную проводимость. Примеси, создающие в полупроводниках дырочную проводимость, называются акцепторными.
