Energiebande in Kristalle

Volgens Neil Bohr se teorie van atoomstruktuur het al die atome diskrete energieniveaus rondom hul sentrale kern (meer hieroor kan in die artikel “Atoom Energie Niveaus” gevind word). Nou stel jouself voor dat twee of meer soorte atome naby mekaar geplaas word. In hierdie geval verander die struktuur van hul diskrete energieniveaus in 'n energiebandstruktuur. Dit beteken, in die plek van diskrete energieniveaus, kan jy diskrete energiebande vind. Die oorsaak van die vorming van sulke energiebande in kristalle is die wederkerige interaksie tussen die atome wat 'n gevolg is van die elektromagnetiese kragte wat tussen hulle werk.
Figuur 1 wys 'n tipiese rangskikking van sulke energiebande. Hier kan die energieband 1 gedink word as analoog aan die energieniveau E1 van 'n geïsoleerde atoom en die energieband 2 tot die vlak E2 ens.

Dit is dieselfde as om te sê dat die elektrone naby die kern van die interakteerende atome die energieband 1 vorm, terwyl dié in hul ooreenkomstige buitebane hoër energiebande veroorsaak.

In werklikheid bestaan elke een van hierdie bande uit verskeie energieniveaus wat baie dicht op mekaar geleë is.

Uit die figuur is dit duidelik dat die aantal energieniveaus wat in 'n spesifieke energieband voorkom, toeneem met die toename in die energieband wat oorweeg word, d.w.s. die derde energieband is wyer as die tweede, wat egter wyer is as gevolg van vergelyking met die eerste. Volgende, die ruimte tussen elkeen van hierdie bande word verbied band of band gaping genoem (Figuur 1). Verder word alle elektrone binne die kristal gedwing om in een van die energiebande te wees. Dit beteken dat die elektrone nie in die energieband gaping gebied gevind kan word nie.

Tipes Energiebande

Energiebande in 'n kristal kan van verskeie tipes wees. 'n Paar daarvan sal volledig leeg wees, waardoor hulle leë energiebande genoem word, terwyl 'n paar meer volledig gevul sal wees en dus gevulde energiebande genoem word. Gewoonlik sal die gevulde energiebande die laer energieniveaus wees wat naby die atoom se kern lê en geen vry elektrone het, wat beteken dat hulle nie vir geleiding kan gebruik word nie. Daar bestaan ook nog 'n stel energiebande wat 'n kombinasie van leë en gevulde energiebande kan wees, genaamd gemengde energiebande.
Nievermoed in die veld van elektronika is iemand veral geïnteresseerd in die geleidingsmekanisme. As gevolg hiervan kry twee van die energiebande uiterste belangrikheid. Dit is

Valens Band

Hierdie energieband bestaan uit valenselektrone (elektrone in die buiteste baan van 'n atoom) en kan volledig of gedeeltelik gevul wees. By kamertemperatuur is dit die hoogste energieband wat elektrone bevat.

Geleidings Band

Die laagste energieband wat gewoonlik nie deur elektrone by kamertemperatuur beset word nie, word geleidingsband genoem. Hierdie energieband bestaan uit elektrone wat vry is van die aantrekkende krag van die atoom se kern.
In die algemeen is die valensband 'n band met laer energie in vergelyking met die geleidingsband en word dus onder die geleidingsband in die energiebanddiagram (Figuur 2) gevind. Die elektrone in die valensband is los gebond aan die atoom se kern en spring in die geleidingsband wanneer die materiaal opgewonde word (byvoorbeeld, termies).

Betekenis van Energiebande

Dit is bekend dat geleiding deur materiale slegs deur die vry elektrone daarin gebring word. Hierdie feit kan in terme van energiebandteorie herformuleer word as "die elektrone in die geleidingsband is die enigste wat bydra tot die geleidingsmekanisme". As gevolg hiervan kan mense materiale in verskillende kategorieë indelle deur na hul energiebanddiagram te kyk.
Byvoorbeeld, as die energiebanddiagram 'n beduidende oorvloei tussen die valens- en geleidingsbande wys (Figuur 3a), beteken dit dat die materiaal 'n oorvloed aan vry elektrone het, waardoor dit as 'n goeie geleiër van elektrisiteit beskou kan word, d.w.s. 'n metaal.

Aan die ander kant, as ons 'n energieband-diagram hê waarin daar 'n groot gaping tussen die valens- en geleidingsbande is (Figuur 3b), beteken dit dat jy die materiaal met 'n groot hoeveelheid energie moet verseël om 'n gevulde geleidingsband te verkry. Soms kan dit moeilik of selfs prakties onmoontlik wees. Dit sou die geleidingsband sonder elektrone laat, waardoor die materiaal nie kan geleid nie. Dus, sulke materiale sou isolators wees.
Nou, stel ons voor dat ons 'n materiaal hê wat 'n ligte skeiding tussen die valens- en geleidingsbande wys soos in Figuur 3c getoon. In hierdie geval kan jy die elektrone in die valensband laat die geleidingsband beset deur 'n klein hoeveelheid energie te verskaf. Dit beteken dat alhoewel sulke materiale gewoonlik isolators is, hulle kan omgeskakel word om as geleiders te funksioneer deur hulle buite te opwind. Dus sal hierdie materiale halwegeleiers genoem word.

Verklaring: Respekteer die oorspronklike, goeie artikels waardevol om te deel, as daar inbreuk word gedoen maak asb. kontak om te verwyder.