CUPRINS

6. Elemente de fizica stării solide
6.1. Generalităţi
Starea solidă este o stare condensată a materiei, caracterizată prin interacţii interatomice suficient de
puternice pentru a conferi materialului un volum propriu şi o formă proprie. Într-un corp solid distanţa
dintre atomii alăturaţi este de ordinul de mărime al norului electronic din jurul fiecărui atom. Corpurile
solide pot fi: (i) cristaline, care sunt caracterizate printr-o stuctură ordonată, pe domenii întinse având
aceeaşi configuraţie şi (ii) amorfe, care prezintă o structură de ordine numai pe domenii foarte restrânse,
configuraţia fiind diferită în spaţiu.
Solidele cristaline au atomii aranjaţi într-o reţea ordonată, păstrând aceeaşi aranjare la distanţă mare. Se
spune că un cristal este perfect dacă reţeaua cristalină se prelungeşte neîntreruptă în tot materialul.
Reţeaua cristalină se caracterizează prin constantele de reţea, care sunt distanţe caracteristice între atomii
reţelei. Cristalele reale prezintă unele abateri de la această structură ideală. Deseori putem întâlni atomi
străini (impurităţi), care ocupă locuri în reţea (de exemplu atomi de arseniu în reţeaua cristalului de
siliciu). Alteori apar dislocaţii în reţeua cristalină, adică plane de atomi care au alunecat faţă de alte
plane ale reţelei cristaline. Forţele responsabile de aranjarea atomilor în cristal determină trei tipuri de
cristale: (i) cristale ionice, (ii) cristale covalente şi (iii) cristale metalice.
Cristalele ionice sunt formate din ioni pozitivi şi ioni negativi ai elementelor chimice, aranjaţi altenativ.
Cristalele ionice sunt izolatoare la orice temperatură, deoarece în structura lor nu se găsesc electroni
liberi.
Cristalele metalice sut formate din ioni care pun în comun electronii lor de valenţă. Aceşti electroni
formează un nor electronic uniform distribuit în reţeaua cristalină. Nefiind legaţi de un atom anume,
aceşti electroni se mişcă liberi prin metal, ei putând circula printre ionii reţelei metalice şi pot conduce
curentul electric. Astfel metalele conduc curentul electric la orice temperatură.
Cristalele covalente se realizaeză cu atomi ai grupei a patra a sistemului periodic. Aceşti atomi au câte
patru electroni de valenţă. În reţeaua cristalină fiecare atom este înconjurat de patru vecini (cei mai
apropiaţi) cu care pune în comun câte un electron de valenţă. În acest fel electronii săi de valenţă nu sunt
foarte strâns legaţi de atom, deoarece fiecare atom de valenţă aparţine în mod egal şi atomului vecin cu
care s-a realizat legătura covalentă. La anumite temperaturi, nu foarte ridicate, unii dintre electronii de
valenţă pot rupe legătura covalentă şi devin electroni liberi în cristal. Locul rămas liber în legătura
covalentă de unde a plecat electronul se numeşte gol de conducţie. Atât electronii liberi cât şi golurile de
conducţie participă la conducţia curentului electric din cristalul covalent. Cele mai importante cristale de
acest tip se numesc cristale semiconductoare.
Una dintre caracteristicele importante ale corpurilor solide este comportarea rezistivităţii electrice, ρ, a
acestora cu temperatura. Electronii liberi din metale sunt cei care transportă sarcina electrică prin reţeaua
cristalului. Rezistivitatea electrică reprezintă intensitatea câmpului electric pe unitatea de densitate de
155