La bande interdite correspond à la différence d'énergie entre la bande de conduction la plus basse et la bande de valence la plus haute d'un semi-conducteur. L'énergie minimale nécessaire pour exciter un électron jusqu'à un niveau de conduction où il peut se déplacer est représentée par la bande interdite.
La bande de valence correspond au niveau d'énergie le plus bas ; par conséquent, s'il existe un espace entre elle et la bande de conduction, de niveau d'énergie supérieur , de l'énergie doit être fournie pour que les électrons soient libérés. L'importance et l'existence de cette bande interdite permettent de distinguer les conducteurs, les semi-conducteurs et les isolants.
En quoi les conducteurs, les isolants et les semi-conducteurs diffèrent-ils dans leur bande interdite ?
La différence de largeur de bande interdite illustre comment les semi-conducteurs, les isolants et les conducteurs présentent des bandes interdites de tailles différentes. Les caractéristiques uniques de ces matériaux sont en partie dues à l'étendue de cette bande interdite. Dans les isolants, une bande interdite importante sépare les électrons de la bande de valence de ceux de la bande de conduction. Cela indique l'existence d'une bande interdite significative qui empêche les électrons de la bande de valence de passer dans la bande de conduction et d'y amorcer la conduction. Ceci explique pourquoi les isolants conduisent mal l'électricité.
Dans les conducteurs, les bandes de valence et de conduction se chevauchent. Grâce à ce chevauchement, les électrons de valence peuvent accéder librement à la bande de conduction et participer à la conduction. Seule une partie des électrons de valence peut traverser le matériau en raison de ce chevauchement partiel , mais cela suffit à rendre les conducteurs conducteurs.
Comment la bande interdite dans les semi-conducteurs est-elle remplie ?
La bande interdite des semi-conducteurs peut être comblée par une forme de stimulation, par exemple par l'énergie solaire dans le cas des cellules photovoltaïques . Cette bande interdite a une taille intermédiaire entre celle d'un isolant et celle d'un conducteur. Dans ce modèle, un nombre limité d'électrons peut accéder à la bande de conduction et y transporter une quantité d'électricité très faible.
Le trou laissé par l'activation de cet électron permet également à d'autres processus de conduction de se produire. L'électron d'un atome voisin peut occuper cette lacune, déclenchant une réaction en chaîne de trous et de mouvements d'électrons qui génère un courant. La conductivité de ce matériau peut être considérablement augmentée par l'ajout d'une faible quantité de dopant.
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L'énergie minimale nécessaire aux électrons des couches externes d'une substance pour se détacher de leurs atomes est appelée bande interdite. Ces électrons participent ensuite à la conduction. Comme il y a toujours des électrons libres disponibles pour la conduction dès l'application d'un potentiel électrique, même infime, les bons conducteurs ont une bande interdite nulle.
Leurs bandes de valence et de conduction se chevauchent. La libération d'un électron de son atome parent nécessitant beaucoup d'énergie, les isolants présentent des bandes interdites extraordinairement élevées. Les semi-conducteurs présentent des énergies d'espace de bande intermédiaires à l'échelle de l'électronvolt. Pour réduire le potentiel d'un électron d'un volt, il faut un électronvolt (1ev).
