Banda Energi dalam Kristal

Menurut teori struktur atom Neil Bohr, semua atom ditemukan memiliki tingkat energi diskrit di sekitar nukleus pusat mereka (informasi lebih lanjut dapat ditemukan dalam artikel “Tingkat Energi Atom”). Sekarang pertimbangkan kasus di mana dua atau lebih atom tersebut ditempatkan dekat satu sama lain. Dalam hal ini, struktur tingkat energi diskrit mereka berubah menjadi struktur band energi. Artinya, alih-alih tingkat energi diskrit, seseorang dapat menemukan band energi diskrit. Penyebab terbentuknya band energi dalam kristal adalah interaksi mutual antara atom yang merupakan hasil dari gaya elektromagnetik yang bekerja antara mereka.
Gambar 1 menunjukkan susunan band energi yang khas. Di sini, band energi 1 dapat dipandang sebagai analogi dari tingkat energi E1 dari sebuah atom terisolasi dan band energi 2 ke tingkat E2 dan seterusnya.

Ini setara dengan mengatakan bahwa elektron yang lebih dekat dengan nukleus atom yang berinteraksi membentuk band energi 1, sementara yang berada di orbit luar mereka menghasilkan band energi yang lebih tinggi.

Secara nyata, masing-masing band ini terdiri dari banyak tingkat energi yang sangat dekat satu sama lain.

Dari gambar, jelas bahwa jumlah tingkat energi yang muncul dalam suatu band energi tertentu meningkat seiring dengan peningkatan band energi yang dipertimbangkan, yaitu band energi ketiga lebih lebar dibandingkan band kedua yang juga tampak lebih lebar dibandingkan dengan band pertama. Selanjutnya, ruang antara setiap band ini disebut band terlarang atau celah band (Gambar 1). Lebih lanjut, semua elektron yang ada dalam kristal dipaksa untuk berada dalam salah satu band energi. Ini berarti bahwa elektron tidak dapat ditemukan di wilayah celah band energi.

Jenis Band Energi

Band energi dalam kristal dapat bervariasi. Beberapa di antaranya akan sepenuhnya kosong sehingga disebut band energi kosong, sementara beberapa lagi akan sepenuhnya terisi dan oleh karena itu disebut band energi terisi. Biasanya, band energi yang terisi akan menjadi tingkat energi yang lebih rendah yang berada lebih dekat ke nukleus atom dan tidak memiliki elektron bebas, artinya mereka tidak dapat digunakan untuk konduksi. Ada juga set band energi lain yang mungkin merupakan kombinasi dari band energi kosong dan terisi yang disebut band energi campuran.
Namun, dalam bidang elektronika, orang biasanya tertarik pada mekanisme konduksi. Oleh karena itu, di sini, dua band energi mendapatkan perhatian ekstrem. Ini adalah

Band Valensi

Band energi ini terdiri dari elektron valensi (elektron di orbit paling luar atom) dan dapat sepenuhnya atau sebagian terisi. Pada suhu ruangan, ini adalah band energi tertinggi yang terdiri dari elektron.

Band Konduksi

Band energi terendah yang biasanya tidak terisi oleh elektron pada suhu ruangan disebut band konduksi. Band energi ini terdiri dari elektron yang bebas dari gaya tarik nukleus atom.
Secara umum, band valensi adalah band dengan energi yang lebih rendah dibandingkan dengan band konduksi dan oleh karena itu ditemukan di bawah band konduksi dalam diagram band energi (Gambar 2). Elektron dalam band valensi terikat longgar ke nukleus atom dan melompat ke band konduksi ketika material dipanaskan (misalnya, secara termal).

Pentingnya Band Energi

Diketahui bahwa konduksi melalui material hanya dibawa oleh elektron bebas yang ada di dalamnya. Fakta ini dapat dinyatakan kembali dalam teori band energi sebagai "elektron yang ada dalam band konduksi adalah satu-satunya yang berkontribusi pada mekanisme konduksi". Oleh karena itu, seseorang dapat mengklasifikasikan material ke dalam kategori yang berbeda dengan melihat diagram band energi mereka.
Sebagai contoh, katakanlah, diagram band energi menunjukkan tumpang tindih yang signifikan antara band valensi dan band konduksi (Gambar 3a), Maka, ini berarti bahwa material tersebut memiliki banyak elektron bebas, sehingga dapat dianggap sebagai konduktor yang baik listrik yaitu logam.

Di sisi lain, jika kita memiliki diagram band energi di mana ada jurang besar antara band valensi dan band konduksi (Gambar 3b), ini berarti bahwa kita perlu memberikan material dengan jumlah energi yang besar agar dapat memperoleh band konduksi yang terisi. Terkadang, ini mungkin sulit atau bahkan tidak mungkin secara praktis. Ini akan meninggalkan band konduksi tanpa elektron, sehingga material tersebut gagal menghantarkan. Oleh karena itu, jenis material seperti ini akan menjadi isolator.
Sekarang, misalkan kita memiliki material yang menunjukkan sedikit pemisahan antara band valensi dan band konduksi seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3c. Dalam hal ini, seseorang dapat membuat elektron dalam band valensi mengisi band konduksi dengan memberikan sedikit energi. Ini berarti bahwa meskipun material semacam ini biasanya adalah isolator, mereka dapat diubah menjadi konduktor dengan merangsang mereka secara eksternal. Oleh karena itu, material ini akan disebut semikonduktor.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika terdapat pelanggaran silakan hubungi untuk dihapus.