Il band gap è la differenza di energia tra la banda di conduzione più bassa e la 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 band gap. L'energia minima necessaria per eccitare un elettrone fino a una condizione nella banda di conduzione tale da consentirgli di condurre è essenzialmente rappresentata dal band gap.
La banda di valenza è il livello energetico inferiore; pertanto, se esiste uno spazio tra essa e la banda di conduzione , che ha un'energia superiore , è necessario aggiungere energia affinché gli elettroni diventino liberi. L'ampiezza e l'esistenza di questo gap energetico permettono di distinguere tra conduttori, semiconduttori e isolanti.
In che modo conduttori, isolanti e semiconduttori differiscono nel loro band gap?
La diversa ampiezza del band gap mostra come semiconduttori, isolanti e conduttori abbiano band gap di dimensioni differenti. Le caratteristiche uniche di questi materiali sono in parte dovute all'ampiezza di questo band gap. Negli isolanti, esiste un band gap significativo che separa gli elettroni della banda di valenza da quelli della banda di conduzione. Ciò indica l'esistenza di un significativo gap energetico "proibito" che impedisce agli elettroni dalla banda di valenza di saltare nella banda di conduzione e di partecipare alla conduzione. Questo spiega perché gli isolanti non conducono l'elettricità in modo efficiente.
Nei conduttori, la banda di valenza e la banda di conduzione si sovrappongono. Grazie a questa sovrapposizione, gli elettroni di valenza sono virtualmente liberi di entrare nella banda di conduzione e partecipare al processo. Solo una parte degli elettroni di valenza può attraversare la sostanza a causa della sovrapposizione parziale , ma ciò è comunque sufficiente a rendere i conduttori conduttivi.
Come viene colmato il gap di banda nei semiconduttori?
Lo spazio tra gli elettroni nei semiconduttori può essere colmato mediante una qualche forma di stimolazione, ad esempio quella solare nel caso delle celle fotovoltaiche . Lo spazio tra gli elettroni ha fondamentalmente una dimensione intermedia tra quella di un isolante e quella di un conduttore. In questo modello, un numero limitato di elettroni può entrare nella banda di conduzione e condurre una quantità molto modesta di elettricità.
La lacuna elettronica lasciata dall'attivazione di questo elettrone permette anche l'avvio di altri processi di conduzione. L'elettrone di un atomo vicino può occupare questa lacuna, innescando una cascata di movimenti di lacune ed elettroni che genera corrente. La conduttività di questo materiale può essere notevolmente aumentata aggiungendo una piccola quantità di materiale drogante.
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La quantità minima di energia necessaria affinché gli elettroni negli strati più esterni di una sostanza possano separarsi dai rispettivi atomi è nota come band gap o gap energetico. Questi elettroni partecipano quindi alla conduzione. Poiché, anche applicando il più piccolo potenziale elettrico, sono sempre disponibili elettroni liberi per la conduzione, i buoni conduttori hanno un band gap 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).
