Kristālu enerģijas jostas

Saskaņā ar Neil Bohra atomstruktūras teoriju, visi atomu tiek atrasti ar diskretiem enerģijas līmeņiem apkārt centrālajam kodolam (vairāk par to var iepazīties rakstā “Atomu enerģijas līmeņi”). Tagad apsvērsim situāciju, kad divi vai vairāki tādi atomi tiek novietoti tuvāk viens otram. Šajā gadījumā to diskretie enerģijas līmeņi pārveidojas par enerģijas joslu struktūru. Tātad, aizvietojot diskretus enerģijas līmeņus, var atrast diskretas enerģijas joslus. Iemesls šādu enerģijas joslus kristālos ir savstarpējā interakcija starp atomiem, kas ir rezultāts elektromagnētiskajām spēkiem, kas darbojas starp tiem.
Attēlā 1 redzama tipiska tādu enerģijas joslus izkārtojums. Šeit enerģijas joslai 1 var būt līdzīga izolēta atoma enerģijas līmenis E1, un enerģijas joslai 2 - līmenim E2 utt.

Tas nozīmē, ka elektroni, kas tuvāk interaktējošo atomu kodolam, veido enerģijas joslu 1, savukārt to attālākos ārējos orbitās esošie elektroni veido augstākas enerģijas joslus.

Reālajā situācijā katra no šīm joslām sastāv no daudziem ļoti blakus stāvošiem enerģijas līmeņiem.

No attēla ir skaidrs, ka enerģijas līmeņu skaits konkrētā enerģijas joslā pieaug ar enerģijas joslā pieaugumu, t.i., trešā enerģijas josla ir plašāka par otru, kas savukārt ir plašāka par pirmo. Nākamais, starp katru no šīm joslām ir atrašanās aizliegta zona vai joslas atstarpe (Attēls 1). Turklāt visi kristālā esošie elektronu ir spiesti atrasties kādā no enerģijas joslām. Tas nozīmē, ka elektronu nevar atrasties enerģijas joslas atstarpē.

Enerģijas joslus veidi

Enerģijas joslus kristālos var būt dažādi veidi. Dažas no tām var būt pilnībā tukšas, tāpēc tās sauc par tukšām enerģijas joslām, bet citas var būt pilnībā aizpildītas un tāpēc tiek sauktas par aizpildītām enerģijas joslām. Parasti aizpildītās enerģijas joslās būs zemāki enerģijas līmeņi, kas atrodas tuvāk atoma kodolam, un tiem nav brīvi elektroni, tāpēc tie nevar piedalīties pārnesē. Pastāv arī citi enerģijas joslus, kas var būt kombinācija no tukšām un aizpildītām enerģijas joslām, un tos sauc par misētas enerģijas joslām.
Tomēr elektronikā īpaši interesē pārneses mehānisms. Tādēļ šeit divas enerģijas joslus iegūst īpašu nozīmi. Tas ir

Vālentās joslas

Šī enerģijas josla ietver vālentes elektronus (elektronu ārējā orbitā) un to var pilnībā vai daļēji aizpildīt. Mērenā temperatūrā tas ir augstākais enerģijas joslas, kas satur elektronus.

Pārneses joslas

Zemākā enerģijas josla, kas parasti mērenā temperatūrā nav aizņemta ar elektronu, sauc par pārneses joslu. Šī enerģijas josla ietver elektronus, kas ir brīvi no atoma kodola piesaistes spēka.
Vispārīgi runājot, vālentes josla ir enerģijas josla ar zemāku enerģiju salīdzinājumā ar pārneses joslu un tāpēc tā atrodas zemāk enerģijas joslu diagrammā (Attēls 2). Elektronu vālentes joslā ir vāji saistīti ar atoma kodolu un pāriet uz pārneses joslu, kad materiāls tiek izraisīts (piemēram, termiski).

Enerģijas joslus nozīme

Ir zināms, ka caur materiāliem pārnese notiek tikai ar to brīvi esošajiem elektronu. Šo faktu var atkārtot enerģijas joslu teorijas terminos kā “elektronu, kas atrodas pārneses joslā, ir vienīgie, kas iegulda pārneses mehānismā”. Tādēļ, materiālus var klasificēt atsevišķās kategorijās, skatoties uz to enerģijas joslu diagrammu.
Piemēram, ja enerģijas joslu diagramma rāda būtisku pārklāšanos starp vālentes un pārneses joslām (Attēls 3a), tas nozīmē, ka materiālam ir bagāts ar brīvi esošajiem elektronu, tāpēc to var uzskatīt par labu vedēju elektroenerģijai, t.i., metālu.

Otrādi, ja mums ir enerģijas joslu diagramma, kur starp vālentes un pārneses joslām ir liela atstarpe (Attēls 3b), tas nozīmē, ka materiālam jāsniedz liels enerģijas daudzums, lai iegūtu aizpildītu pārneses joslu. Dažreiz tas var būt grūti vai pat praktiski neiespējami. Tas paliktos pārneses joslā bez elektronu, tāpēc materiāls nevarētu vedēt. Tādējādi šādi materiāli būtu izolatori.
Tagad, ja mums ir materiāls, kuram ir neliela atstarpe starp vālentes un pārneses joslām, kā tas redzams Attēlā 3c. Šajā gadījumā var panākt, ka vālentes joslā esošie elektronu pāriet uz pārneses joslā, sniedzot nelielu enerģijas daudzumu. Tas nozīmē, ka, lai gan šādi materiāli parasti ir izolatori, tos var pārvērst par vedējiem, ārēji izraisot. Tāpēc šos materiālus sauc par puselektrovedējiem.

Paziņojums: Cienīt oriģinālo, labus rakstus vērts dalīties, jāsaglabā autortiesības, ja ir pārkāpumi, lūdzu, sazinieties ar mums, lai tos dzēstu.