A lacuna de banda é a diferença de energia entre banda de condução mais baixa e banda de valência mais alta em um semicondutor. A distância entre a banda de condução e a banda de valência dos elétrons é conhecida como banda proibida. A energia mínima necessária para excitar um elétron até uma condição na banda de condução onde ele pode se envolver em condução é essencialmente representada pela banda proibida.
A banda de valência é o nível de energia mais baixo; portanto, se houver um espaço entre ela e o nível de energia mais alto banda de condução, energia deve ser adicionada para que os elétrons se tornem livres. A magnitude e a existência dessa lacuna de banda tornam possível distinguir entre condutores, semicondutores e isolantes.
Como condutores, isolantes e semicondutores diferem em sua banda proibida?
Diferentes lacunas de banda mostram como semicondutores, isolantes e condutores têm lacunas de banda de tamanhos diferentes. As características únicas dos materiais são em parte devido à extensão dessa lacuna de banda. Em isolantes, há uma lacuna de banda significativa separando os elétrons na banda de valência daqueles na banda de condução. Isso indica que existe uma lacuna de energia “proibida” significativa que impede que elétrons do espaço de valência saltem para o espaço de condução e se envolvam na condução. Isso explica por que os isolantes não conduzem eletricidade de forma eficiente.
A banda de valência e a banda de condução se sobrepõem em condutores. Os elétrons de valência são virtualmente livres para entrar na banda de condução e participar da condução como resultado dessa sobreposição. Apenas uma parte dos elétrons de valência pode passar pela substância por causa da sobreposição parcial, mas isso ainda é suficiente para tornar os condutores condutores.
Como a lacuna de banda em semicondutores é preenchida?
A lacuna nos semicondutores pode ser preenchida com algum tipo de estimulação, possivelmente do sol no caso de Fotovoltaico células. A lacuna tem basicamente um tamanho que é “entre” o de um isolante e um condutor. Um número limitado de elétrons pode entrar na banda de condução neste modelo e conduzir uma quantidade muito modesta de eletricidade.
O buraco de elétron deixado pela ativação deste elétron também permite que outros processos de condução ocorram. Um elétron de um átomo próximo pode ocupar esta vaga, começando uma cascata de buracos e movimento de elétrons que resulta em corrente. A condutividade deste material pode ser dramaticamente aumentada adicionando uma pequena quantidade de material dopante.
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A menor quantidade de energia necessária para que os elétrons nas camadas mais externas de uma substância sejam capazes de se separar de seus átomos pais é conhecida como gap de banda ou gap de energia. Então, esses elétrons participam da condução. Como sempre há elétrons livres disponíveis para condução mediante a aplicação até mesmo do menor potencial elétrico, bons condutores têm uma lacuna de banda zero.
Suas bandas de valência e condução na verdade se sobrepõem. Como liberar um elétron de seu átomo pai requer muita energia, os isolantes têm lacunas de banda extraordinariamente altas. Os semicondutores têm energias de espaço de banda intermediárias na escala de elétron-volt. Para reduzir o potencial de um elétron em um volt, é necessário um elétron-volt (1ev).
