Energiaväli on puolijohteen alimman johtavuusvyön ja ylimmän valenssivyön välinen energiaero . Elektronien johtavuusvyön ja valenssivyön välistä etäisyyttä kutsutaan energiaväliksi. Energiaväli edustaa pohjimmiltaan sitä minimienergiaa, joka tarvitaan elektronin virittämiseksi johtavuusvyöhykkeen tilaan, jossa se voi johtaa.
Valenssivyöhyke on alempi energiataso; siksi, jos sen ja korkeamman energian johtavuusvyöhykkeen välillä on tilaa , elektronien vapautuminen edellyttää energian lisäämistä. Tämän energia-aukon suuruus ja olemassaolo mahdollistavat johtimien, puolijohteiden ja eristeiden erottamisen toisistaan.
Miten johtimet, eristimet ja puolijohteet eroavat kaistavälistään?
Eri energiavälit osoittavat, kuinka puolijohteilla, eristeillä ja johtimilla on erikokoiset energiavälit. Materiaalien ainutlaatuiset ominaisuudet johtuvat osittain tämän energiavälin laajuudesta. Eristeissä on merkittävä energiaväli, joka erottaa valenssivyöhykkeen elektronit johtamisvyöhykkeen elektroneista. Tämä osoittaa, että on olemassa merkittävä "kielletty" energiaväli, joka estää valenssialueen elektroneja hyppäämästä johtamisvyöhykkeeseen ja ryhtymästä johtamaan. Tämä selittää, miksi eristeet eivät johda sähköä tehokkaasti.
Valenssivyöhyke ja johtamisvyöhyke ovat johtimissa päällekkäin. Valenssielektronit voivat käytännössä vapaasti siirtyä johtamisvyöhykkeelle ja osallistua johtamiseen tämän päällekkäisyyden seurauksena. Vain osa valenssielektroneista voi kulkea aineen läpi osittaisen päällekkäisyyden vuoksi , mutta tämä riittää silti tekemään johtimista johtavia.
Miten puolijohteiden kaistaväli täytetään?
Puolijohteiden rako voidaan täyttää jonkinlaisella stimulaatiolla, mahdollisesti auringosta tulevalla stimulaatiolla aurinkokennojen tapauksessa . Rako on pohjimmiltaan kooltaan eristeen ja johtimen "välillä". Tässä mallissa rajoitettu määrä elektroneja voi päästä johtamisvyöhykkeelle ja johtaa hyvin vaatimattoman määrän sähköä.
Tämän elektronin aktivoitumisen jälkeensä jättämä elektroniaukko mahdollistaa myös muiden johtamisprosessien tapahtumisen. Läheisen atomin elektroni voi täyttää tämän tyhjän paikan, mikä käynnistää reikien ja elektronien liikkeen ketjureaktion , joka johtaa virtaan. Tämän materiaalin johtavuutta voidaan lisätä dramaattisesti lisäämällä pieni määrä dopingmateriaalia.
Lue myös: Miten aurinkosähkösopimus toimii?
Aineen uloimpien kuorien elektronien irtoamiseen emoatomistaan tarvittavaa pienintä energiamäärää kutsutaan energiaväliksi tai energiaväliksi. Tällöin nämä elektronit osallistuvat johtamiseen. Koska pienimmänkin sähköpotentiaalin kohdistuessa on aina vapaita elektroneja saatavilla johtamiseen, hyvien johtimien energiaväli on nolla.
Niiden valenssi- ja johtavuusnauhat menevät itse asiassa päällekkäin. Koska elektronin vapauttaminen emoatomistaan vaatii paljon energiaa, eristimillä on poikkeuksellisen suuret kaistavälit. Puolijohteilla on elektronivolttiasteikon välikaistan avaruusenergiat. Elektronin potentiaalin pienentämiseksi yhdellä voltilla tarvitaan yksi elektronivoltti (1ev).
