Mga Bandang Enerhiya sa mga Kristal

Batay sa teorya ni Neil Bohr tungkol sa istraktura ng atomo, lahat ng atomo ay may tiyak na antas ng enerhiya sa paligid ng kanilang sentral na nukleyus (mas marami pang impormasyon tungkol dito maaaring makita sa artikulo “Atomic Energy Levels”). Ngayon, isipin ang kaso kung saan dalawa o higit pa na mga atomo tulad nito ay inilapat 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, maaaring makita ang tiyak na banda ng enerhiya. Ang dahilan sa pagkakaroon ng ganitong banda ng enerhiya sa kristal ay ang pagsasama-sama ng mga atomo na resulta ng mga puwersang electromagnetiko na gumagana sa pagitan nila.
Larawan 1 ay nagpapakita ng tipikal na pagkakasunod-sunod ng mga banda ng enerhiya. Dito, ang banda ng enerhiya 1 maaaring isipin bilang katumbas ng antas ng enerhiya E1 ng isang nakahiwalay na atomo at ang banda ng enerhiya 2 sa lebel E2 at iba pa.

Ito ay katumbas ng pagsasabi na ang mga elektron na mas malapit sa nukleyus ng mga nagsasama-samang atomo ay bumubuo ng banda ng enerhiya 1 habang ang mga nasa kanilang kasaganaang labas na orbita ay nagresulta ng mas mataas na banda ng enerhiya.

Sa tunay na buhay, bawat isa sa mga banda na ito ay binubuo ng maraming antas ng enerhiya na napakalapit sa bawat isa.

Mula sa larawan, malinaw na ang bilang ng mga antas ng enerhiya na lumilitaw sa partikular na banda ng enerhiya ay lumalaki habang lumalaki ang banda ng enerhiya na itinuturing iyon, na ang ikatlong banda ng enerhiya ay mas malapad kaysa sa ikalawang banda na nagsisilbing mas malapad kumpara sa unang banda. Susunod, ang puwang sa pagitan ng bawat isa sa mga banda ay tinatawag na ipinagbabawal na banda o band gap (Larawan 1). Mas lalo pa, lahat ng mga elektron na naroroon sa loob ng kristal ay pinipilit na magkaroon ng anumang banda ng enerhiya. Ito'y nangangahulugan na ang mga elektron ay hindi maaaring makita sa rehiyon ng band gap ng enerhiya.

Mga Uri ng Banda ng Enerhiya

Ang banda ng enerhiya sa kristal ay maaaring maging iba't ibang uri. Ilan sa kanila ay lubhang walang laman kaya sila ay tinatawag na walang laman na banda ng enerhiya habang ilan pa ay lubhang puno at kaya sila ay tinatawag na punong banda ng enerhiya. Karaniwan, ang punong banda ng enerhiya ay ang mas mababang antas ng enerhiya na mas malapit sa nukleyus ng atomo at walang libreng elektron, na nangangahulugan na hindi sila maaaring magbigay ng conduction. 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 electronics, siyempre, interesado tayo sa mekanismo ng conduction. Bilang resulta, dito, dalawang banda ng enerhiya ang nakuha ng ekstremong kahalagahan. Ito ay

Banda ng Valence

Ang banda ng enerhiyang ito ay binubuo ng mga elektron ng valence (mga elektron sa pinakalabas na orbita ng atomo) at maaaring maging lubhang puno o bahagi lamang. Sa temperatura ng silid, ito ang pinakamataas na banda ng enerhiya na binubuo ng mga elektron.

Banda ng Conduction

Ang pinakamababang banda ng enerhiya na karaniwang walang elektron sa temperatura ng silid ay tinatawag na banda ng conduction. Ang banda ng enerhiyang ito ay binubuo ng mga elektron na malaya mula sa puwersang higantihan ng nukleyus ng atomo.
Sa pangkalahatan, ang banda ng valence ay isang banda na may mas mababang enerhiya kumpara sa banda ng conduction at kaya ito ay matatagpuan sa ilalim ng banda ng conduction sa diagram ng banda ng enerhiya (Larawan 2). Ang mga elektron sa banda ng valence ay malayang nakakabit sa nukleyus ng atomo at lumilipat sa banda ng conduction kapag ang materyal ay naexcite (halimbawa, thermal).

Kahalagahan ng Banda ng Enerhiya

Nararapat na alamin na ang conduction sa pamamagitan ng mga materyal ay dulot ng mga malayang elektron na naroroon sa kanila. Ito ay maaaring muling istado sa termino ng teorya ng banda ng enerhiya bilang "ang mga elektron na naroroon sa banda ng conduction ang tanging mga elektron na sumusunod sa mekanismo ng conduction". Bilang resulta, maaaring ikategorya ang mga materyal sa iba't ibang kategorya sa pamamagitan ng pagtingin sa kanilang diagram ng banda ng enerhiya.
Tuklasin natin, sabihin nating ang diagram ng banda ng enerhiya ay nagpapakita ng kaunti lang na overlapping sa pagitan ng banda ng valence at banda ng conduction (Larawan 3a), Ito'y nangangahulugan na ang materyal ay may sapat na malayang elektron, kaya ito ay maaaring ituring na mahusay na conductor ng kuryente iyon ay metal.

Sa kabilang banda, kung mayroon tayong banda ng enerhiya na diagram kung saan may malaking puwang sa pagitan ng banda ng valence at banda ng conduction (Larawan 3b), ito ay nangangahulugan na kailangan nating bigyan ng malaking enerhiya ang materyal upang makamit ang punong banda ng conduction. Sa ilang pagkakataon, ito ay maaaring mahirap o minsan hindi praktikal. Ito ay magiiwan ng banda ng conduction na walang elektron, kaya ang materyal ay hindi maaaring magconduct. Kaya, ang mga materyal na ito ay insulators.
Ngayon, sabihin nating mayroon tayong materyal na nagpapakita ng kaunting separasyon sa pagitan ng banda ng valence at banda ng conduction tulad ng ipinakita sa Larawan 3c. Sa kasong ito, maaari nating gawin ang mga elektron sa banda ng valence na mapuno ang banda ng conduction sa pamamagitan ng pagbibigay ng kaunting enerhiya. Ito ay nangangahulugan na bagama't ang mga materyal na ito ay karaniwang insulators, maaari silang maging conductors sa pamamagitan ng pag-excite sa kanila. Kaya, ang mga materyal na ito ay tinatawag na semiconductors.

Pahayag: Respetuhin ang orihinal, mahalagang artikulo na nagbabahagi, kung may paglabag saisip ang paggunita.