Ширина запрещенной зоны — это разница энергий между самой нижней зоной проводимости и самой верхней валентной зоной в полупроводнике. Расстояние между зоной проводимости и валентной зоной электронов называется шириной запрещенной зоны. Минимальная энергия, необходимая для возбуждения электрона до состояния в зоне проводимости, при котором он может участвовать в проводимости, по существу, представлена шириной запрещенной зоны.
Валентная полоса — это нижний энергетический уровень; следовательно, если между ней и более высокоэнергетической полосой проводимости есть промежуток , то для освобождения электронов необходимо добавить энергию. Величина и существование этой запрещенной зоны позволяют различать проводники, полупроводники и изоляторы.
Чем отличаются проводники, изоляторы и полупроводники по ширине запрещенной зоны?
Различная ширина запрещенной зоны показывает, что полупроводники, изоляторы и проводники имеют разные размеры запрещенных зон. Уникальные характеристики материалов частично обусловлены величиной этой запрещенной зоны. В изоляторах существует значительная запрещенная зона, разделяющая электроны валентной зоны и электроны зоны проводимости. Это указывает на существование значительной «запрещенной» энергетической щели, которая препятствует переходу электронов из валентного пространства в зону проводимости и проведению электронов. Это объясняет, почему изоляторы не проводят электричество эффективно.
В проводниках валентная и проводящая зоны перекрываются. В результате этого перекрытия валентные электроны практически свободно могут переходить в проводящую зону и участвовать в проводимости. Из-за частичного перекрытия через вещество может пройти лишь часть валентных электронов , но этого все равно достаточно, чтобы сделать проводник проводящим.
Как заполняется запрещенная зона в полупроводниках?
В полупроводниках запрещенная зона может быть заполнена каким-либо воздействием, например, солнечным светом в случае фотоэлектрических элементов. Размер запрещенной зоны, по сути, находится «между» размерами изолятора и проводника. В этой модели ограниченное количество электронов может войти в зону проводимости и проводить очень небольшое количество электричества.
Электронная дырка, остающаяся после активации этого электрона, также запускает другие процессы проводимости. Электрон соседнего атома может занять эту вакансию, запуская каскад движения дырок и электронов , что приводит к возникновению тока. Проводимость этого материала может быть значительно увеличена путем добавления небольшого количества легирующего вещества.
Читайте также: Как работает договор купли-продажи солнечной энергии?
Наименьшее количество энергии, необходимое электронам на внешних оболочках вещества для отрыва от своих атомов, называется шириной запрещенной зоны или энергетической щелью. Затем эти электроны участвуют в проводимости. Поскольку при приложении даже самого малого электрического потенциала всегда есть свободные электроны, способные к проводимости, хорошие проводники имеют нулевую ширину запрещенной зоны.
Их валентная зона и зона проводимости фактически перекрываются. Поскольку освобождение электрона из его родительского атома требует большого количества энергии, изоляторы имеют чрезвычайно большие запрещенные зоны. Полупроводники имеют промежуточные энергии пространства зон в масштабе электрон-вольт. Чтобы уменьшить потенциал электрона на один вольт, необходим один электрон-вольт (1эВ).
