De band gap 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 een band gap. De minimale energie die nodig is om een elektron te exciteren tot een conditie in de geleidingsband waarin het in geleiding kan treden, wordt in essentie weergegeven door de band gap.
De valentieband is het lagere energieniveau; als er dus een ruimte is tussen deze en het hogere energieniveau, geleidingsband, energie moet worden toegevoegd om elektronen vrij te maken. De grootte en het bestaan van deze band gap maken het mogelijk om onderscheid te maken tussen geleiders, halfgeleiders en isolatoren.
Hoe verschillen geleiders, isolatoren en halfgeleiders in hun band gap?
Verschillende band gaps laten zien hoe halfgeleiders, isolatoren en geleiders verschillende band gaps hebben. De unieke eigenschappen van de materialen zijn deels te danken aan de omvang van deze band gap. In isolatoren is er een significante band gap het scheiden van de elektronen in de valentieband van die in de geleidingsband. Dit geeft aan dat er een significante "verboden" energiekloof bestaat die voorkomt dat elektronen uit de valentieruimte omhoog springen naar de geleidingsruimte en geleiding aangaan. Dit verklaart waarom isolatoren elektriciteit niet efficiënt geleiden.
De valentieband en geleidingsband overlappen elkaar in geleiders. De valentie-elektronen zijn vrijwel vrij om de geleidingsband binnen te gaan en deel te nemen aan geleiding als gevolg van deze overlapping. Slechts een deel van de valentie-elektronen kan door de substantie heen gaan vanwege de gedeeltelijke overlapping, maar dit is nog steeds voldoende om geleiders geleidend te maken.
Hoe wordt de band gap in halfgeleiders opgevuld?
De kloof in halfgeleiders kan worden opgevuld met een soort stimulatie, mogelijk van de zon in het geval van fotovoltaïsche cellen. De kloof heeft in principe een grootte die "tussen" die van een isolator en een geleider ligt. Een beperkt aantal elektronen kan de geleidingsband in dit model betreden en een zeer bescheiden hoeveelheid elektriciteit geleiden.
Het elektrongat dat achterblijft door de activering van dit elektron, maakt het ook mogelijk dat andere geleidingsprocessen plaatsvinden. Een elektron van een nabijgelegen atoom kan deze vacature innemen, beginnend een cascade van gaten en elektronenbeweging dat resulteert in stroom. De geleidbaarheid van dit materiaal kan drastisch worden verhoogd door een kleine hoeveelheid dopingmateriaal toe te voegen.
Lees ook: Hoe werkt een Solar PPA?
De laagste hoeveelheid energie die nodig is voor elektronen in de buitenste schillen van een substantie om los te kunnen breken van hun ouderatomen, staat bekend als de band gap of energieband gap. Vervolgens nemen deze elektronen deel aan geleiding. Omdat er altijd vrije elektronen beschikbaar zijn voor geleiding bij toepassing van zelfs het kleinste elektrische potentiaal, goede geleiders hebben een bandgap 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.
