Die Bandlücke ist die Energiedifferenz zwischen niedrigstes Leitungsband und höchstes Valenzband in einem Halbleiter. Der Abstand zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband der Elektronen wird als Bandlücke bezeichnet. Die minimale Energie, die benötigt wird, um ein Elektron im Leitungsband in einen Zustand zu versetzen, in dem es leiten kann, wird im Wesentlichen durch die Bandlücke dargestellt.
Das Valenzband ist das niedrigere Energieniveau; daher, wenn es einen Raum zwischen ihm und dem höheren Energieniveau gibt Leitungsband, muss Energie zugeführt werden, damit Elektronen frei werden. Die Größe und Existenz dieser Bandlücke ermöglichen die Unterscheidung zwischen Leitern, Halbleitern und Isolatoren.
Wie unterscheiden sich Leiter, Isolatoren und Halbleiter in ihrer Bandlücke?
Unterschiedliche Bandlücken zeigen, dass Halbleiter, Isolatoren und Leiter unterschiedliche Bandlücken aufweisen. Die einzigartigen Eigenschaften der Materialien sind teilweise auf das Ausmaß dieser Bandlücke zurückzuführen. Bei Isolatoren gibt es eine signifikante Bandlücke Trennung der Elektronen im Valenzband von denen im Leitungsband. Dies deutet darauf hin, dass eine signifikante „verbotene“ Energielücke besteht, die verhindert, dass Elektronen aus dem Valenzraum in den Leitungsraum gelangen und dort leiten. Dies erklärt, warum Isolatoren Strom nicht effizient leiten.
In Leitern überlappen sich Valenzband und Leitungsband. Die Valenzelektronen können praktisch ungehindert in das Leitungsband eintreten und aufgrund dieser Überlappung an der Leitung teilnehmen. Nur ein Teil der Valenzelektronen kann die Substanz durchdringen, da teilweise Überlappung, aber dies reicht immer noch aus, um Leiter leitfähig zu machen.
Wie wird die Bandlücke in Halbleitern gefüllt?
Die Lücke in Halbleitern kann durch eine Art von Stimulation gefüllt werden, möglicherweise durch die Sonne im Falle von Photovoltaik Zellen. Der Spalt hat grundsätzlich eine Größe, die zwischen der eines Isolators und der eines Leiters liegt. In diesem Modell kann eine begrenzte Anzahl von Elektronen in das Leitungsband eintreten und eine sehr geringe Menge Strom leiten.
Das durch die Aktivierung dieses Elektrons entstehende Elektronenloch ermöglicht auch andere Leitungsprozesse. Ein Elektron eines benachbarten Atoms kann diese Lücke besetzen und eine Kaskade von Löchern und Elektronenbewegungen Das führt zu Strom. Die Leitfähigkeit dieses Materials kann durch Zugabe einer kleinen Menge Dotiermaterial drastisch erhöht werden.
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Die niedrigste Energiemenge, die Elektronen in den äußersten Schalen einer Substanz benötigen, um sich von ihren Mutteratomen zu lösen, wird als Bandlücke oder Energiebandlücke bezeichnet. Diese Elektronen nehmen dann an der Leitung teil. Da selbst bei kleinstem elektrischen Potenzial immer freie Elektronen für die Leitung zur Verfügung stehen, gute Leiter haben eine Null-Bandlücke.
Ihre Valenz- und Leitungsbänder überlappen sich tatsächlich. Da die Freisetzung eines Elektrons aus seinem Mutteratom viel Energie erfordert, weisen Isolatoren außergewöhnlich hohe Bandlücken auf. Halbleiter haben mittlere Bandraumenergien im Elektronenvoltbereich. Um das Potenzial eines Elektrons um ein Volt zu reduzieren, wird ein Elektronenvolt (1 EV) benötigt.
