Енергетски појаси во кристалите

Според теоријата на Нил Бохр за атомската структура, сите атоми се наоѓаат со дискретни енергетски нивоа околу нивното централно јадро (повеќе за ова може да се најде во члanka “Атомски енергетски нивоа”). Сега размислете за случајот кога два или повеќе такви атоми се поставени блиску еден до друг. Во овој случај, структурата на нивните дискретни енергетски нивоа се трансформира во енергетска појасна структура. Тоа значи дека, наместо дискретни енергетски нивоа, може да се најдат дискретни енергетски појаси. Причината за формирањето на такви енергетски појаси во кристалите е мутуалната интеракција помеѓу атомите, која е резултат на електромагнетните силе што делуваат меѓу нив.
Слика 1 прикажува типична распоредба на такви енергетски појаси. Енергетскиот појас 1 може да се смета за аналоген на енергетскиот ниво E1 на изолиран атом, а енергетскиот појас 2 на ниво E2 и така надвор.

Ова е еквивалентно на тоа што се вели дека електроните поблиску до јадрото на интерактивните атоми го состојат енергетскиот појас 1, додека оние во нивните одговарајќи вонешни орбити резултираат со повисоки енергетски појаси.

Во реалноста, секој од овие појаси состои од многу енергетски нивоа кои се многу блиску еден до друг.

Од сликата е јасно дека бројот на енергетски нивоа кои се појавуваат во одреден енергетски појас се зголемува со зголемувањето на енергетскиот појас што се разгледува, т.е. третиот енергетски појас е поширок од вториот, кој пак се гледа дека е поширок споредени со првиот. Следно, просторот помеѓу секој од овие појаси се нарекува забранет појас или појасен размак (Слика 1). Повторно, сите електрони присутни во кристалот се принудени да се наоѓаат во некој од енергетските појаси. Ова значи дека електроните не можат да се најдат во областа на енергетскиот појасен размак.

Типови на енергетски појаси

Енергетските појаси во кристал можат да бидат од различни типови. Некои од нив ќе бидат целосно празни, поради што се нарекуваат празни енергетски појаси, додека некои други ќе бидат целосно пополнети и затоа се нарекуваат пополнети енергетски појаси. Обично, пополнетите енергетски појаси ќе бидат подолги енергетски нивоа кои се наоѓаат поблиску до јадрото на атомот и немаат слободни електрони, што значи дека не можат да учествуваат во проводливост. Постојат и уште едни сет од енергетски појаси можеби комбинација од празни и пополнети енергетски појаси наречени мешани енергетски појаси.
Невзирајќи на тоа, во полето на електрониката, особено се интересуваме од механизмот на проводливост. Како резултат, тука, два од енергетските појаси добиваат екстремна важност. Тие се

Појас на валентност

Овој енергетски појас содржи валентни електрони (електрони во највонешната орбита на атомот) и може да биде целосно или делумно пополнет. На собранина температура, овој е највисокиот енергетски појас кој содржи електрони.

Појас на проводливост

Најнижкиот енергетски појас кој обично не е заполнет со електрони на собранина температура се нарекува појас на проводливост. Овој енергетски појас содржи електрони кои се слободни од привлаката на јадрото на атомот.
Во општост, појасот на валентност е појас со понизока енергија во споредба со појасот на проводливост и затоа се наоѓа под појасот на проводливост во дијаграмата на енергетски појаси (Слика 2). Електроните во појасот на валентност се слабо врзани со јадрото на атомот и прескокнуваат во појасот на проводливост кога материјалот е возбуден (реци, термално).

Важноста на енергетските појаси

Познато е дека проводливоста преку материјалите се доведува само со слободните електрони присутни во нив. Овој факт може да се повтори во услови на теоријата на енергетски појаси како „електроните присутни во појасот на проводливост се единствените кои допринашуваат за механизмот на проводливост“. Како резултат, можеме да класифицираме материјалите во различни категории гледајќи ги нивните дијаграми на енергетски појаси.
На пример, речете дека дијаграмата на енергетски појаси покажува значителна преклопување помеѓу појасот на валентност и појасот на проводливост (Слика 3а), тогаш тоа значи дека материјалот има изобилство со слободни електрони, поради што може да се смета за добар проводник на електрична енергија, т.е. метал.

Отстрано, ако имаме дијаграма на енергетски појас во која има голем размак помеѓу појасот на валентност и појасот на проводливост (Слика 3б), тоа значи дека треба да му дадеме материјалот голема количина енергија за да се добие пополнет појас на проводливост. Понекогаш, ова може да биде тешко или понекогаш и практично невозможно. Ова би оставило појасот на проводливост без електрони, поради што материјалот нема да проводи. Таков вид материјали би биле изолатори.
Сега, речете дека имаме материјал кој покажува лесна разделба помеѓу појасот на валентност и појасот на проводливост како што е прикажано на Слика 3ц. Во овој случај, можеме да направиме електроните во појасот на валентност да занемараат појасот на проводливост со давање малку енергија. Ова значи дека иако такови материјали обично се изолатори, тие можат да се конвертираат да делуваат како проводници со нивното екстерно возбудување. Затоа, овие материјали се нарекуваат полупроводници.

Изјава: Почит препорачливи, добри чланици за споделување, ако постои нарушување на авторските права се моли да се избрише.