Banda ng Enerhiya sa Kristal

Ayon sa teorya ni Neil Bohr tungkol sa istraktura ng atomo, lahat ng mga atomo ay may tiyak na antas ng enerhiya sa paligid ng kanilang sentral na nukleyus (mas marami pa ang impormasyon dito sa artikulo “Atomic Energy Levels”). Ngayon, isipin natin ang kaso kung saan dalawa o higit pang mga atomo ay nasa malapit sa isa't isa. Sa kasong ito, ang istraktura ng kanilang tiyak na antas ng enerhiya ay nagbabago sa istraktura ng banda ng enerhiya. Ibig sabihin, sa halip na tiyak na antas ng enerhiya, makikita natin ang tiyak na banda ng enerhiya. Ang dahilan sa pagkabuo ng mga banda ng enerhiya sa mga kristal ay ang pagsasama-sama ng mga atomo na resulta ng elektromagnetikong puwersa na gumagana sa pagitan nila.
Larawan 1 ay nagpapakita ng tipikal na pagkakalinya ng mga banda ng enerhiya. Dito, ang banda ng enerhiya 1 ay maaaring isipin bilang katumbas ng antas ng enerhiya E1 ng isang hiwalay na atomo at ang banda ng enerhiya 2 ay katumbas ng antas ng E2 at ganyan din hanggang sa huli.

Ito ay katumbas ng pagpapahayag na ang mga elektrono na nasa malapit sa nukleyus ng mga nakikipag-ugnayan na atomo ay bumubuo ng banda ng enerhiya 1 habang ang mga nasa kanilang kaugnay na panlabas na orbita ay nagresulta ng mas mataas na banda ng enerhiya.

Sa tunay na buhay, bawat isa sa mga banda ay binubuo ng maraming antas ng enerhiya na napakalapit sa isa't isa.

Mula sa larawan, malinaw na ang bilang ng mga antas ng enerhiya na lumilitaw sa partikular na banda ng enerhiya ay tumataas kapag tumaas ang banda ng enerhiya na inaalamin, i.e., ang ikatlong banda ng enerhiya ay mas malapad kaysa sa ikalawang banda na gayunpaman mas malapad kaysa sa unang banda. Susunod, ang espasyo sa pagitan ng bawat isa sa mga banda ay tinatawag na ipinagbabawal na banda o band gap (Larawan 1). Bukod dito, lahat ng elektrono na naroroon sa loob ng kristal ay pinipilit na magkaroon ng anumang banda ng enerhiya. Ito naman ay nangangahulugan na ang mga elektrono ay hindi maaaring matagpuan sa rehiyon ng band gap.

Mga Uri ng Banda ng Enerhiya

Ang mga banda ng enerhiya sa kristal ay maaaring maging iba't ibang uri. Ang ilan sa kanila ay lubhang walang laman dahil dito sila tinatawag na walang laman na banda ng enerhiya habang ang iba naman ay lubhang puno at kaya sila tinatawag na punong banda ng enerhiya. Karaniwan, ang mga punong banda ng enerhiya ay ang mas mababang antas ng enerhiya na nasa malapit sa nukleyus ng atomo at walang libreng elektrono, ibig sabihin, hindi sila maaaring magbigay ng konduksyon. Mayroon din iba pang set ng banda ng enerhiya na maaaring kombinasyon ng walang laman at punong banda ng enerhiya na tinatawag na mixed energy bands.
Gayunpaman, sa larangan ng elektronika, ang isa ay partikular na interesado sa mekanismo ng konduksyon. Bilang resulta, dito, ang dalawang banda ng enerhiya ang nakuha ng ekstremong kahalagahan. Ito ang

Banda ng Valensiya

Ang banda ng enerhiya na ito ay binubuo ng mga elektrono ng valensiya (mga elektrono sa pinakamalabas na orbita ng isang atomo) at maaaring maging lubhang puno o bahagyang puno. Sa temperatura ng silid, ito ang pinakamataas na banda ng enerhiya na binubuo ng mga elektrono.

Banda ng Konduksyon

Ang pinakamababang banda ng enerhiya na karaniwang walang laman ng mga elektrono sa temperatura ng silid ay tinatawag na banda ng konduksyon. Ang banda ng enerhiya na ito ay binubuo ng mga elektrono na malaya mula sa mapupulog ng atomo.
Sa pangkalahatan, ang banda ng valensiya ay isang banda ng mas mababang enerhiya kumpara sa banda ng konduksyon at kaya ito ay matatagpuan sa ilalim ng banda ng konduksyon sa diagrama ng banda ng enerhiya (Larawan 2). Ang mga elektrono sa banda ng valensiya ay malabnag na naka-bind sa nukleyus ng atomo at lumilipat sa banda ng konduksyon kapag ang materyal ay kinikilos (halimbawa, thermal).

Kahalagahan ng Mga Banda ng Enerhiya

Nararapat na kilala na ang konduksyon sa pamamagitan ng mga materyales ay dulot ng mga malayang elektrono na naroroon sa kanila. Ito ay maaaring restated sa termino ng teorya ng banda ng enerhiya bilang "ang mga elektrono na naroroon sa banda ng konduksyon lang ang nagbibigay ng kontribusyon sa mekanismo ng konduksyon". Bilang resulta, maaari mong klasipikahin ang mga materyales sa iba't ibang kategorya sa pamamagitan ng pagtingin sa kanilang diagrama ng banda ng enerhiya.
Tuklasin natin, sabihin nating ang diagrama ng banda ng enerhiya ay nagpapakita ng malaking overlapping sa pagitan ng banda ng valensiya at banda ng konduksyon (Larawan 3a), Ibig sabihin, ang materyal ay may sapat na malayang elektrono sa loob nito, kaya ito ay maaaring ituring na mabuting konduktor ng kuryente i.e. metal.

Sa kabilang banda, kung mayroon tayong banda ng enerhiya na diagrama kung saan may malaking puwang sa pagitan ng banda ng valensiya at banda ng konduksyon (Larawan 3b), ibig sabihin, kailangan nating bigyan ang materyal ng malaking halaga ng enerhiya upang makamit ang punong banda ng konduksyon. Sa ilang pagkakataon, ito ay mahirap o minsan hindi praktikal na magawa. Ito ay iiwan ang banda ng konduksyon na walang elektrono kaya ang materyal ay hindi magagawa ang konduksyon. Kaya, ang mga materyal na ganito ay insulators.
Ngayon, sabihin nating mayroon tayong materyal na nagpapakita ng kaunting paghihiwalay sa pagitan ng banda ng valensiya at banda ng konduksyon tulad ng ipinapakita ng Larawan 3c. Sa kasong ito, maaari nating gawin ang mga elektrono sa banda ng valensiya na okupyin ang banda ng konduksyon sa pamamagitan ng pagbibigay ng kaunting enerhiya. Ibig sabihin, bagama't ang mga materyal na ito ay karaniwang insulators, maaari silang maging konduktor sa pamamagitan ng pag-excite sa kanila. Kaya ang mga materyal na ito ay tinatawag na semiconductors.

Pahayag: Respetuhin ang orihinal, mahalagang mga artikulo na nakakatuwa ang pagbabahagi, kung may infringement paki-contact delete.