Przerwa energetyczna to różnica energii między najniższym pasmem przewodnictwa a najwyższym pasmem walencyjnym w półprzewodniku. Odległość między pasmem przewodnictwa a pasmem walencyjnym elektronów nazywana jest przerwą energetyczną. Minimalna energia potrzebna do wzbudzenia elektronu do stanu w paśmie przewodnictwa, w którym może on przewodzić, jest zasadniczo reprezentowana przez przerwę energetyczną.
Pasmo walencyjne to niższy poziom energetyczny; zatem jeśli istnieje przestrzeń między nim a pasmem przewodnictwa o wyższej energii , należy dodać energię, aby elektrony mogły się uwolnić. Wielkość i istnienie tej przerwy energetycznej umożliwiają rozróżnienie przewodników, półprzewodników i izolatorów.
Czym różnią się przewodniki, izolatory i półprzewodniki pod względem przerwy energetycznej?
Zróżnicowana przerwa energetyczna pokazuje, że półprzewodniki, izolatory i przewodniki mają różne rozmiary przerwy energetycznej. Unikalne właściwości tych materiałów wynikają częściowo z rozmiaru tej przerwy energetycznej. W izolatorach występuje znaczna przerwa energetyczna oddzielająca elektrony w paśmie walencyjnym od elektronów w paśmie przewodnictwa. Wskazuje to na istnienie znacznej „zakazanej” przerwy energetycznej, która uniemożliwia elektronom z przestrzeni walencyjnej przedostanie się do przestrzeni przewodnictwa i rozpoczęcie przewodzenia. To wyjaśnia, dlaczego izolatory nie przewodzą prądu elektrycznego efektywnie.
Pasma walencyjne i pasma przewodnictwa nakładają się na siebie w przewodnikach. W wyniku tego nakładania się elektrony walencyjne mogą praktycznie swobodnie przedostać się do pasma przewodnictwa i uczestniczyć w przewodzeniu. Tylko część elektronów walencyjnych może przejść przez substancję ze względu na częściowe nakładanie się , ale to wciąż wystarcza, aby przewodniki były przewodzące.
W jaki sposób wypełniana jest przerwa pasmowa w półprzewodnikach?
Lukę w półprzewodnikach można wypełnić za pomocą pewnego rodzaju stymulacji, na przykład słonecznej w przypadku ogniw fotowoltaicznych . Luka ma zasadniczo rozmiar „pomiędzy” rozmiarem izolatora a przewodnika. W tym modelu ograniczona liczba elektronów może wejść w pasmo przewodnictwa i przewodzić bardzo niewielką ilość prądu.
Dziura elektronowa pozostawiona w wyniku aktywacji tego elektronu umożliwia również zajście innych procesów przewodzenia. Elektron pobliskiego atomu może zająć tę lukę, inicjując kaskadę dziur i ruch elektronów , co skutkuje przepływem prądu. Przewodnictwo tego materiału można radykalnie zwiększyć, dodając niewielką ilość domieszki.
Przeczytaj także: Jak działa umowa PPA na energię słoneczną?
Najniższa ilość energii potrzebna elektronom z najbardziej zewnętrznych powłok substancji do oderwania się od atomów macierzystych jest znana jako przerwa energetyczna. Elektrony te uczestniczą w przewodzeniu. Ponieważ po przyłożeniu nawet najmniejszego potencjału elektrycznego zawsze dostępne są wolne elektrony do przewodzenia, dobre przewodniki mają zerową przerwę energetyczną.
Ich pasma walencyjne i przewodnictwa w rzeczywistości zachodzą na siebie. Ponieważ uwolnienie elektronu z atomu macierzystego wymaga dużej ilości energii, izolatory mają niezwykle wysokie przerwy pasmowe. Półprzewodniki mają energie przestrzeni pasm pośrednich w skali elektronowoltów. Aby zmniejszyć potencjał elektronu o jeden wolt, potrzebny jest jeden elektronowolt (1ev).
