Energiaj Bendoj en Kristaloj

Laŭ la teorio de Neil Bohr pri la strukturo de atomoj, ĉiuj atomoj havas diskretajn energianivelejn ĉirkaŭ sia centra nukleuso (pli pri ĉi tio povas esti trovita en la artikolo “Atoma Energi-nivelejoj”). Nun konsideru la okazon, kie du aŭ pli da tiaj atomoj estas metitaj proksime unu al la alia. En ĉi tiu okazo, la strukturo de iliaj diskretaj energianivelejoj transformiĝas en energibanda strukturo. Tio estas, anstataŭ diskretaj energianivelejoj, oni povas trovi diskretajn energibandojn. La kaŭzo de la formiĝo de tiaj energibandoj en kristaloj estas la mutua interago inter la atomoj, kiu estas rezulto de elektromagnetaj fortoj aktantaj inter ili.
Bildo 1 montras tipan aron de tiaj energibandoj. Ĉi tie la energibando 1 povas esti pensita kiel analoga al la energianivelo E1 de izolita atomo, kaj la energibando 2 al la nivelo E2 kaj tiel plu.

Ĉi tio estas ekvivalenta al tio, ke la elektronoj pli proksimaj al la nukleuso de la interagantaj atomoj konstituas energibandon 1, dum tiuj en iliaj respondaj eksteraj orbitoj rezultigas pli altajn energibandojn.

En realo, ĉiu el ĉi tiuj bandoj konstituas multajn energianivelejojn, kiuj estas tre dense spacigitaj.

El la bildo, estas klare, ke la nombro de energianivelejoj, kiuj aperas en specifa energibando, pligrandigas kun la pligrandigo de la konsiderata energibando, tio estas, la tria energibando estas pli larĝa ol la dua, kiu tamen estas vidiĝanta pli larĝa komparite kun la unua. Sekve, la spaco inter ĉiu el ĉi tiuj bandoj nomiĝas malpermesa bando aŭ bandogap (Bildo 1). Plue, ĉiuj elektronoj prezentaj en la kristalo estas forpriskribitaj por esti prezentaj en iu ajn el la energibandoj. Ĉi tio signifas, ke la elektronoj ne povas troviĝi en la energibandogapa regiono.

Tipoj de Energibandoj

Energibandoj en kristalo povas esti de diversaj tipoj. Iuj el ili estos tute malplenaj, pro kio ili nomiĝas malplenaj energibandoj, dum aliaj estos tute plenaj kaj do nomitaj kiel plenaj energibandoj. Ordine, la plenaj energibandoj estos la pli malaltaj energianivelejoj, kiuj situas pli proksime al la atomnukleuso kaj posedas nenion libera elektrono, kio signifas, ke ili ne povas permesi konduktadon. Ankaŭ ekzistas ankoraŭ alia aro de energibandoj, kiuj povas esti kombinaĵo de malplenaj kaj plenaj energibandoj, nomitaj kiel miksitaj energibandoj.
Nuntempe, en la fako de elektroniko, oni aparte interesas pri la kondukmeĥanismo. Kiel rezulto, ĉi tie, du el la energibandoj akiras ekstreman gravecon. Ĉi tiuj estas

Valentbando

Ĉi tiu energibando konsistas el valentelektronoj (elektronoj en la plej ekstera orbito de atomo) kaj povas esti tute aŭ partoplene plena. Je ĉambrotemperaturo, ĉi tio estas la plej alta energibando, kiu enhavas elektronojn.

Konduktbando

La plej malsupra energibando, kiu kutime ne estas okupita de elektronoj je ĉambrotemperaturo, nomiĝas konduktbando. Ĉi tiu energibando konsistas el elektronoj, kiuj estas liberaj de la atakila forto de la atomnukleuso.
Ĝenerale, la valentbando estas bando kun pli malalta energio kompare kun la konduktbando kaj do troviĝas sub la konduktbando en la energibanda diagramo (Bildo 2). La elektronoj en la valentbando estas laxe binditaj al la atomnukleuso kaj saltas en la konduktbando, kiam la materialo estas ekscitita (ekzemple, termike).

Graveco de Energibandoj

Estas bone konate, ke la konduktado tra materialoj estas efektivigita nur de la liberelektronoj prezentaj en ili. Ĉi tio fakto povas esti restate en terminoj de la energibanda teorio kiel “la elektronoj prezentaj en la konduktbando estas la unuaj, kiuj kontribuas al la konduktmeĥanismo”. Kiel rezulto, oni povas klasifikigi la materialojn en malsamajn kategoriojn rigardante ilian energibandan diagramon.
Ekzemple, diru, ke la energibanda diagramo montras konsiderindan supermetiĝon inter la valentbando kaj la konduktbando (Bildo 3a), tiam, ĝi signifas, ke la materialo havas abundan liberelektronojn en ĝi, pro kio ĝi povas esti konsiderata kiel bona konduktilo de elektrico, nome metalo.

Aliflanke, se ni havas energibandan diagramon, en kiu estas granda gapo inter la valentbando kaj la konduktbando (Bildo 3b), tio signifas, ke oni devas provizi la materialon kun granda kvanto de energio, por ricevi la plenan konduktbandon. Foje, ĉi tio povas esti malfacile aŭ eĉ praktike neeble. Ĉi tio lasos la konduktbandon sen elektronoj, pro kio la materialo ne sukcesos konduki. Do, tiaj materialoj estus izoliloj.
Nun, diru, ke ni havas materialon, kiu montras lepton disiĝon inter la valentbando kaj la konduktbando, kiel montrita de Bildo 3c. En ĉi tiu okazo, oni povas farigi, ke la elektronoj en la valentbando okupu la konduktbandon, provizante lepton kvanton de energio. Ĉi tio signifas, ke kvankam tiaj materialoj kutime estas izoliloj, ili povas esti konvertitaj por agi kiel konduktiloj, ekscitante ilin eksterne. Do, ĉi tiuj materialoj nomiĝos semikondukiloj.

Deklaro: Respektu la originalon, bonajn artikolojn valoras dividadi, se estas endroĉo bonvolu kontaktu por forigo.