De bandkloof is het energieverschil tussen de laagste geleidingsband en de hoogste valentieband in een halfgeleider. De afstand tussen de geleidingsband en de valentieband van elektronen staat bekend als de bandkloof. De minimale energie die nodig is om een elektron in een toestand in de geleidingsband te brengen waarin het kan geleiden, wordt in wezen weergegeven door de bandkloof.
De valentieband is het laagste energieniveau; als er dus een ruimte is tussen deze band en de hogere energieband, de geleidingsband , moet er energie worden toegevoegd om elektronen vrij te maken. De grootte en het bestaan van deze bandkloof maken het mogelijk om onderscheid te maken tussen geleiders, halfgeleiders en isolatoren.
Hoe verschillen geleiders, isolatoren en halfgeleiders in hun band gap?
De verschillende bandkloofwaarden laten zien hoe halfgeleiders, isolatoren en geleiders bandkloven van verschillende grootte hebben. De unieke eigenschappen van de materialen zijn deels te danken aan de omvang van deze bandkloof. In isolatoren is er een aanzienlijke bandkloof die de elektronen in de valentieband scheidt van die in de geleidingsband. Dit duidt op een aanzienlijke "verboden" energiekloof die voorkomt dat elektronen vanuit de valentieband naar de geleidingsband springen en geleiding ondergaan. Dit verklaart waarom isolatoren elektriciteit niet efficiënt geleiden.
In geleiders overlappen de valentieband en de geleidingsband elkaar. Door deze overlap kunnen de valentie-elektronen vrijwel vrij de geleidingsband binnengaan en deelnemen aan de geleiding. Slechts een deel van de valentie-elektronen kan door de stof heen , maar dit is nog steeds voldoende om geleiders geleidend te maken.
Hoe wordt de band gap in halfgeleiders opgevuld?
De bandkloof in halfgeleiders kan worden opgevuld met een bepaalde stimulatie, bijvoorbeeld door zonlicht in het geval van fotovoltaïsche cellen. De bandkloof heeft in principe een grootte die "tussen" die van een isolator en een geleider ligt. In dit model kan een beperkt aantal elektronen de geleidingsband binnendringen en een zeer bescheiden hoeveelheid elektriciteit geleiden.
Het elektronengat dat achterblijft na de activering van dit elektron maakt ook andere geleidingsprocessen mogelijk. Een elektron van een nabijgelegen atoom kan deze lege plek opvullen, waardoor een cascade van gaten en elektronenbewegingen op gang komt die resulteert in stroom. De geleidbaarheid van dit materiaal kan aanzienlijk worden verhoogd door een kleine hoeveelheid doteringsmateriaal toe te voegen.
Lees ook: Hoe werkt een Solar PPA?
De minimale hoeveelheid energie die nodig is voor elektronen in de buitenste schillen van een stof om los te komen van hun moederatomen, staat bekend als de bandkloof of energiebandkloof. Deze elektronen nemen vervolgens deel aan geleiding. Omdat er altijd vrije elektronen beschikbaar zijn voor geleiding, zelfs bij de kleinste elektrische potentiaal, hebben goede geleiders een bandkloof van nul.
Hun valentie- en geleidingsbanden overlappen elkaar feitelijk. Omdat het vrijgeven van een elektron van zijn moederatoom veel energie kost, hebben isolatoren buitengewoon hoge band gaps. Halfgeleiders hebben elektronvolt-schaal tussenliggende bandruimte-energieën. Om het potentieel van een elektron met één volt te verminderen, is één elektronvolt (1ev) nodig.
