बैंड गैप किसी अर्धचालक में सबसे निचले चालन बैंड और सबसे ऊपरी संयोजकता बैंड के बीच की ऊर्जा का अंतर होता है । इलेक्ट्रॉनों के चालन बैंड और संयोजकता बैंड के बीच की दूरी को बैंड गैप कहते हैं। चालन बैंड में इलेक्ट्रॉन को उस स्थिति तक उत्तेजित करने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा, जहाँ वह चालन में भाग ले सके, को बैंड गैप द्वारा दर्शाया जाता है।
संयोजकता बैंड निम्नतम ऊर्जा स्तर है; इसलिए, यदि इसके और उच्च ऊर्जा वाले चालन बैंड के बीच कोई स्थान है , तो इलेक्ट्रॉनों को मुक्त होने के लिए ऊर्जा जोड़नी पड़ती है। इस बैंड गैप के परिमाण और अस्तित्व के कारण ही चालक, अर्धचालक और कुचालक के बीच अंतर करना संभव होता है।
चालक, इन्सुलेटर और अर्धचालक अपने बैंड गैप में किस प्रकार भिन्न होते हैं?
अलग-अलग बैंड गैप यह दर्शाता है कि अर्धचालक, कुचालक और चालकों में बैंड गैप का आकार भिन्न-भिन्न होता है। इन पदार्थों के विशिष्ट गुण आंशिक रूप से इस बैंड गैप के विस्तार के कारण होते हैं। कुचालकों में, संयोजकता बैंड और चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों को अलग करने वाला एक महत्वपूर्ण बैंड गैप होता है । यह इंगित करता है कि एक महत्वपूर्ण "निषिद्ध" ऊर्जा अंतराल मौजूद है जो संयोजकता बैंड के इलेक्ट्रॉनों को चालन बैंड में जाने और चालन में भाग लेने से रोकता है। यही कारण है कि कुचालक कुशलतापूर्वक विद्युत का संचालन नहीं करते हैं।
चालकों में संयोजकता बैंड और चालन बैंड एक दूसरे को ओवरलैप करते हैं। इस ओवरलैप के कारण संयोजकता इलेक्ट्रॉन लगभग स्वतंत्र रूप से चालन बैंड में प्रवेश कर सकते हैं और चालन में भाग ले सकते हैं। आंशिक ओवरलैप के कारण संयोजकता इलेक्ट्रॉनों का केवल एक अंश ही पदार्थ से गुजर सकता है , लेकिन यह भी चालकों को चालक बनाने के लिए पर्याप्त है।
अर्धचालकों में बैंड गैप को कैसे भरा जाता है?
अर्धचालकों में मौजूद अंतराल को किसी प्रकार की उत्तेजना से भरा जा सकता है, संभवतः फोटोवोल्टिक सेल के मामले में सूर्य से । यह अंतराल मूलतः एक कुचालक और एक चालक के बीच के आकार का होता है। इस मॉडल में सीमित संख्या में इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में प्रवेश कर सकते हैं और बहुत कम मात्रा में विद्युत का संचालन कर सकते हैं।
इस इलेक्ट्रॉन के सक्रिय होने से उत्पन्न इलेक्ट्रॉन छिद्र अन्य चालकता प्रक्रियाओं को भी संभव बनाता है। पास के किसी परमाणु का इलेक्ट्रॉन इस रिक्त स्थान को भर सकता है, जिससे छिद्रों और इलेक्ट्रॉनों की गति की एक श्रृंखला शुरू हो जाती है और परिणामस्वरूप धारा उत्पन्न होती है। इस पदार्थ की चालकता को थोड़ी मात्रा में डोपिंग पदार्थ मिलाकर काफी बढ़ाया जा सकता है।
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किसी पदार्थ के सबसे बाहरी कोशों में स्थित इलेक्ट्रॉनों को अपने मूल परमाणुओं से अलग होने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा को बैंड गैप या ऊर्जा बैंड गैप कहा जाता है। इसके बाद, ये इलेक्ट्रॉन चालकता में भाग लेते हैं। चूंकि न्यूनतम विद्युत विभव लगाने पर भी चालकता के लिए हमेशा मुक्त इलेक्ट्रॉन उपलब्ध रहते हैं, इसलिए अच्छे चालकों का बैंड गैप शून्य होता है ।
उनके वैलेंस और कंडक्शन बैंड वास्तव में ओवरलैप होते हैं। चूँकि अपने मूल परमाणु से इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए इंसुलेटर में असाधारण रूप से उच्च बैंड गैप होते हैं। अर्धचालकों में इलेक्ट्रॉन वोल्ट-स्केल इंटरमीडिएट बैंड स्पेस ऊर्जा होती है। एक इलेक्ट्रॉन की क्षमता को एक वोल्ट से कम करने के लिए, एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट (1ev) की आवश्यकता होती है।
