کریسٹلز میں توانائی کے بینڈ

نیل بور کے اٹمی ساخت کے نظریے کے مطابق، تمام اتم کا مرکزی نواہض کے گرد متعدد توانائی کے سطح پر پایا جاتا ہے (اس کے بارے میں مزید معلومات کے لئے "اتمی توانائی کے سطح" کے مقالے میں دیکھا جا سکتا ہے)۔ اب اس صورتحال کو دیکھیں جہاں دو یا زیادہ ایسے اتم قریب آتے ہیں۔ اس صورتحال میں ان کی توانائی کے سطح کی ساخت توانائی کے بینڈ کی ساخت میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ یعنی، متعدد توانائی کے سطح کے جگہ، متعدد توانائی کے بینڈ ملتے ہیں۔ چونکہ کرسٹل میں توانائی کے بینڈ کی تشکیل کا باعث اتموں کے درمیان متقابل تفاعل ہوتا ہے جو ان کے درمیان الیکٹروماگناٹک قوت کے نتیجے میں ہوتا ہے۔
فگر 1 میں ایسے توانائی کے بینڈ کی معمولی ترتیب ظاہر کی گئی ہے۔ یہاں توانائی کا بینڈ 1 کو ایک الگ اتم کے توانائی کے سطح E1 کے مساوی سمجھا جا سکتا ہے اور توانائی کا بینڈ 2 کو سطح E2 کے مساوی وغیرہ۔

یہ اس کے مساوی ہے کہ کہا جائے کہ توانائی کے بینڈ 1 کو نواہض کے قریب موجود الیکٹران تشکیل دیتے ہیں جبکہ ان کے متناسب بیرونی مدارات میں موجود الیکٹران زیادہ توانائی کے بینڈ کو بناتے ہیں۔

واقعی طور پر، ہر ایک ایسے بینڈ میں کئی توانائی کے سطح شامل ہوتے ہیں جو بہت قریب ہوتے ہیں۔

فگر سے واضح ہے کہ خاص توانائی کے بینڈ میں ظاہر ہونے والے توانائی کے سطح کی تعداد اس بینڈ کی توانائی کے ساتھ بڑھتی ہے یعنی، تیسرے توانائی کے بینڈ کی چوڑائی دوسرے کی چوڑائی سے زیادہ ہوتی ہے جو پہلے کی چوڑائی سے زیادہ ہوتی ہے۔ اگلے، ہر ایک ایسے بینڈ کے درمیان فاصلہ ممنوعہ بینڈ یا بینڈ گیپ (فگر 1) کہلاتا ہے۔ اس کے بعد، کرسٹل میں موجود تمام الیکٹران کو کسی ایک توانائی کے بینڈ میں موجود ہونا لازم ہے۔ یہ اس کے معنی ہیں کہ الیکٹران کو توانائی کے بینڈ گیپ علاقے میں پایا نہیں جا سکتا۔

توانائی کے بینڈ کی قسمیں

کرسٹل میں توانائی کے بینڈ کئی قسم کے ہوسکتے ہیں۔ ان میں سے کچھ کامیابی سے خالی ہوتے ہیں اور ان کو خالی توانائی کے بینڈ کہا جاتا ہے جبکہ کچھ کامیابی سے بھرا ہوتا ہے اور ان کو بھرا ہوا توانائی کے بینڈ کہا جاتا ہے۔ عام طور پر، بھرا ہوا توانائی کے بینڈ کم توانائی کے سطح ہوتے ہیں جو اتم کے نواہض کے قریب ہوتے ہیں اور کوئی آزاد الیکٹران نہیں رکھتے، یعنی وہ موصلیت کے لئے کوئی فائدہ نہیں دیتے۔ اس کے علاوہ ایک اور قسم کے توانائی کے بینڈ ہوتے ہیں جو خالی اور بھرا ہوا توانائی کے بینڈ کا مجموعہ ہوتے ہیں اور ان کو مخلوط توانائی کے بینڈ کہا جاتا ہے۔
لیکن الیکٹرانکس کے شعبے میں کسی کو خصوصی طور پر موصلیت کے منسلک مکانزم میں دلچسپی ہوتی ہے۔ اس کے نتیجے میں، یہاں، دو توانائی کے بینڈ بہت اہمیت رکھتے ہیں۔ یہ ہیں

والنس بینڈ

یہ توانائی کا بینڈ والنس الیکٹران (اتم کے بیرونی مدارات میں موجود الیکٹران) کو شامل کرتا ہے اور یہ مکمل یا جزوی طور پر بھرا ہوا ہو سکتا ہے۔ کمرے کے درجے حرارت پر، یہ سب سے اوپر والا توانائی کا بینڈ ہوتا ہے جس میں الیکٹران موجود ہوتے ہیں۔

موصلیت کا بینڈ

کمرے کے درجے حرارت پر عام طور پر الیکٹران کے بغیر رہنے والا سب سے نیچا توانائی کا بینڈ موصلیت کا بینڈ کہلاتا ہے۔ یہ توانائی کا بینڈ اتم کے نواہض کی کشش کے بغیر الیکٹران کو شامل کرتا ہے۔
عام طور پر، والنس بینڈ کی توانائی موصلیت کا بینڈ سے کم ہوتی ہے اور اس لئے توانائی کے بینڈ کے نقشے (فگر 2) میں اسے موصلیت کا بینڈ کے نیچے پایا جاتا ہے۔ والنس بینڈ میں موجود الیکٹران اتم کے نواہض سے کم محکم ہوتے ہیں اور مواد کو حوصلہ دیا جانے پر (مثال کے طور پر حرارتی طور پر) موصلیت کا بینڈ میں منتقل ہوجاتے ہیں۔

توانائی کے بینڈ کی اہمیت

معروف ہے کہ مواد کے ذریعہ موصلیت کو صرف آزاد الیکٹران کے ذریعہ پیدا کیا جاتا ہے۔ یہ حقیقت توانائی کے بینڈ کے نظریے کے تحت یوں دوبارہ بیان کی جا سکتی ہے کہ "موصلیت کا بینڈ میں موجود الیکٹران ہی موصلیت کے مکانزم کے لئے کاوش کرتے ہیں"۔ اس کے نتیجے میں، اپنے توانائی کے بینڈ کے نقشے کو دیکھ کر مواد کو مختلف قسم کے میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
مثال کے طور پر، کہیں توانائی کے بینڈ کا نقشہ والنس اور موصلیت کے بینڈ کے درمیان قابل قدر اوورلیپ (فگر 3a) ظاہر کرتا ہے۔ تو یہ مطلب ہے کہ مواد میں آزاد الیکٹران کی فراوانی ہے، اس لئے اسے اچھا موصل کہا جا سکتا ہے یعنی کہ میٹل۔

دیگر طرف اگر ہمارے پاس ایک توانائی کا بینڈ کا نقشہ ہے جس میں والنس اور موصلیت کے بینڈ کے درمیان بہت بڑا فاصلہ ہے (فگر 3b)، تو یہ مطلب ہے کہ مواد کو بڑی مقدار میں توانائی فراہم کرنی چاہئے تاکہ موصلیت کا بینڈ مکمل ہو۔ بعض اوقات یہ مشکل یا عملی طور پر غیر ممکن ہو سکتا ہے۔ اس کے نتیجے میں موصلیت کا بینڈ الیکٹران سے خالی رہ جائے گا جس کی وجہ سے مواد موصلیت کو فیل کرے گا۔ اس لئے، ایسے مواد اینسولیٹرز کہلاتے ہیں۔
اب، مان لو کہ ہمارے پاس ایک مواد ہے جس میں والنس اور موصلیت کے بینڈ کے درمیان کم فاصلہ ہے جیسے فگر 3c میں دکھایا گیا ہے۔ اس صورتحال میں، کم مقدار میں توانائی فراہم کرنے سے والنس بینڈ کے الیکٹران موصلیت کا بینڈ میں منتقل ہوسکتے ہیں۔ یہ مطلب ہے کہ حالانکہ ایسے مواد عام طور پر اینسولیٹرز ہوتے ہیں، ان کو بیرونی طور پر حوصلہ دیا جانے سے وہ موصل بن سکتے ہیں۔ اس لئے یہ مواد سمی کنڈکٹرز کہلاتے ہیں۔

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.