Il band gap è la differenza di energia tra banda di conduzione più bassa e banda di valenza più alta in un semiconduttore. La distanza tra la banda di conduzione e la banda di valenza degli elettroni è nota come gap di banda. L'energia minima necessaria per eccitare un elettrone fino a una condizione nella banda di conduzione in cui può impegnarsi nella conduzione è essenzialmente rappresentata dal gap di banda.
La banda di valenza è il livello energetico più basso; quindi, se c'è uno spazio tra essa e l'energia più alta banda di conduzione, l'energia deve essere aggiunta affinché gli elettroni diventino liberi. L'entità e l'esistenza di questo gap di banda rendono possibile distinguere tra conduttori, semiconduttori e isolanti.
In che modo conduttori, isolanti e semiconduttori differiscono nel loro band gap?
Different band gap mostra come semiconduttori, isolanti e conduttori abbiano band gap di dimensioni diverse. Le caratteristiche uniche dei materiali sono in parte dovute all'estensione di questo band gap. Negli isolanti, c'è un significativo band gap separare gli elettroni nella banda di valenza da quelli nella banda di conduzione. Ciò indica che esiste un significativo gap energetico "proibito" che impedisce agli elettroni dello spazio di valenza di saltare nello spazio di conduzione e di impegnarsi nella conduzione. Ciò spiega perché gli isolanti non conducono l'elettricità in modo efficiente.
La banda di valenza e la banda di conduzione si sovrappongono nei conduttori. Gli elettroni di valenza sono virtualmente liberi di entrare nella banda di conduzione e di prendere parte alla conduzione come risultato di questa sovrapposizione. Solo una parte degli elettroni di valenza può passare attraverso la sostanza a causa della sovrapposizione parziale, ma questo è ancora sufficiente a rendere conduttivi i conduttori.
Come viene colmato il gap di banda nei semiconduttori?
Il divario nei semiconduttori può essere colmato con qualche tipo di stimolazione, possibilmente dal sole nel caso di fotovoltaico celle. Lo spazio ha fondamentalmente una dimensione che è "tra" quella di un isolante e di un conduttore. Un numero limitato di elettroni può entrare nella banda di conduzione in questo modello e condurre una quantità molto modesta di elettricità.
La lacuna elettronica lasciata dall'attivazione di questo elettrone consente anche ad altri processi di conduzione di aver luogo. L'elettrone di un atomo vicino può occupare questa lacuna, iniziando una cascata di buchi e movimento di elettroni che si traduce in corrente. La conduttività di questo materiale può essere notevolmente aumentata aggiungendo una piccola quantità di materiale drogante.
Leggi anche: Come funziona un Solar PPA?
La quantità minima di energia necessaria agli elettroni nei gusci più esterni di una sostanza per potersi staccare dai loro atomi genitori è nota come gap di banda o gap di banda energetica. Quindi, questi elettroni partecipano alla conduzione. Poiché ci sono sempre elettroni liberi disponibili per la conduzione all'applicazione anche del più piccolo potenziale elettrico, i buoni conduttori hanno un gap di banda pari a zero.
Le loro bande di valenza e di conduzione in realtà si sovrappongono. Poiché rilasciare un elettrone dal suo atomo genitore richiede molta energia, gli isolanti hanno gap di banda straordinariamente elevati. I semiconduttori hanno energie spaziali di banda intermedie su scala di elettronvolt. Per ridurre il potenziale di un elettrone di un volt, è necessario un elettronvolt (1ev).
