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1簡介

半金屬(metalloid;semi-metals)
半金屬
性質介於金屬和非金屬之間的元素。這些元素一般性脆,呈金屬光澤。半金屬元素在元素周期表中處於金屬向非金屬過渡位置,通常包括硼 B、硅 Si、砷 As、碲 Te、硒 Se、釙 Po和砹 At,鍺 Ge、銻 Sb也可歸入半金屬。若沿元素周期表ⅢA族的硼和鋁之間到 ⅥA族的碲和釙之間畫一鋸齒形斜線,則貼近這條斜線的元素(除鋁外)都是半金屬。半金屬性脆,呈金屬光澤,電負性在1.8~2.4之間,大於金屬,小於非金屬。半金屬與非金屬作用時常作為電子給予體,而與金屬作用時常作為電子接受體。其氧化物與水作用生成弱酸性或弱鹼性的溶液。半金屬大多是半導體,具有導電性,電阻率介於金屬(10-5歐姆·厘米以下)和非金屬(1010歐姆·厘米以上)之間,導電性對溫度的依從關係通常與金屬相反,如果加熱半金屬,其電導率隨溫度的升高而上升。半金屬大都具有多種不同物理、化學性質的同素異形體,廣泛用作半導體材料。

2性質

半金屬是一個用來分類化學元素的化學名詞。基於它們的物理和化學特性,幾乎所有元素周期表上的化學元素都可被分類為金屬或非金屬;但也有一些特性介於金屬與非金屬之間的元素,稱為半金屬。硼、硅、鍺、砷、銻、碲和釙等7種元素一般被視為類金屬。 「類金屬」一詞並沒有明確的定義,但類金屬一般被認為擁有以下特性:
類金屬通常產生兩性的氧化物;
元素周期表

  元素周期表

類金屬通常是半導體(例如硼、硅和鍺)至半金屬(例如銻)。

3名詞來源

semi-metals
半金屬這個名詞起源於中世紀的歐洲,用來稱呼鉍,因為它缺少正常金屬的延展性,只算得上「半」金屬。目前則指導電電子濃度遠低於正常金屬的一類金屬。正常金屬的載流子濃度都在1022厘米-3以上。而半金屬的載流子濃度在1022~1017厘米-3之間。典型的數據如下:
砷 As Arsenic (2.12±0.01)×1020厘米-3
銻 Sb Antimony (5.54±0.05)×1019厘米-3
鉍 Bi Bismuth  2.88×1017厘米-3
石墨  2.72×1018厘米-3

4分類

半金屬材料有多種分類方法。根據材料結構的不同, 半金屬可分為尖晶石結構型半金屬材料,如:Fe3O4 , CuV2S4 等;鈣鈦礦結構型半金屬材料,如: La2/ 3Sr1/ 3MnO3 , La0. 7Sr0. 3MnO3 等; 金紅石結構型半金屬材料, 如: CrO2 , CoS2 等; Half- Heusler和Heusler 結構半金屬材料, 如: NiMnSb , PtMnSb和Mn2VAl 等。根據材料磁性的不同可分為鐵磁性半金屬, 如: CrO2 ;亞鐵磁性半金屬,如: Fe3O4 等;反鐵磁性半金屬, 如: V7MnFe8Sb7 In 和LaVMnO6等。根據半金屬性的來源又可分為共價鍵帶隙半金屬, 如: NiMnSb , GaAs和CrO2 ; 電荷傳輸能帶帶隙半金屬, 如: 龐磁阻材料和雙鈣鈦礦結構材料; d- d 相互作用能帶帶隙半金屬, 如: Fe3O4、FexCo1-xS2和Mn2VAl。自旋能帶帶隙是半金屬的本質要素, 根據半金屬性的本質來源劃分半金屬的種類更為重要和科學。

5特點

半金屬能帶的特點,是它的導帶與價帶之間有一小部分重疊。不需要熱激發,價帶頂部的電子會流入能量較低的導帶底部。因此在絕對零度時,導帶中就已有一定的電子濃度,價帶中也有相等的空穴濃度。這是半金屬與半導體的根本區別。但因重疊較小,它和典型的金屬也有所區別。
除上述元素外,化合物也可以是半金屬,如 Mg2Pb。另有一些化合物,如HgTe、HgSe等禁帶寬度等於零,有時稱作零禁帶半導體,實質上也是半金屬。
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