Bandgapet är energiskillnaden mellan det lägsta ledningsbandet och det högsta valensbandet i en halvledare. Avståndet mellan elektronernas ledningsband och valensband är känt som ett bandgap. Den minimala energi som behövs för att excitera en elektron upp till ett tillstånd i ledningsbandet där den kan börja leda representeras i huvudsak av bandgapet.
Valensbandet är den lägre energinivån; därför, om det finns ett mellanrum mellan det och ledningsbandet med högre energi , måste energi läggas till för att elektroner ska bli fria. Detta bandgap har en storlek och existens som gör det möjligt att skilja mellan ledare, halvledare och isolatorer.
Hur skiljer sig ledare, isolatorer och halvledare åt i sitt bandgap?
Olika bandgap visar hur halvledare, isolatorer och ledare har bandgap av olika storlek. Materialens unika egenskaper beror delvis på bandgapets omfattning. I isolatorer finns det ett betydande bandgap som separerar elektronerna i valensbandet från de i ledningsbandet. Detta indikerar att det finns ett betydande "förbjudet" energigap som förhindrar att elektroner från valensrummet hoppar upp i ledningsrummet och leder elektricitet. Detta förklarar varför isolatorer inte leder elektricitet effektivt.
Valensbandet och ledningsbandet överlappar varandra i ledare. Valenselektronerna är praktiskt taget fria att komma in i ledningsbandet och delta i ledningsförmågan som ett resultat av denna överlappning. Endast en del av valenselektronerna kan passera genom ämnet på grund av den partiella överlappningen , men detta är fortfarande tillräckligt för att göra ledare ledande.
Hur fylls bandgapet i halvledare?
Gapet i halvledare kan fyllas med någon form av stimulering, eventuellt från solen när det gäller solceller . Gapet har i princip en storlek som ligger "mellan" en isolators och en ledares. Ett begränsat antal elektroner kan komma in i ledningsbandet i denna modell och leda en mycket blygsam mängd elektricitet.
Elektronhålet som lämnas efter aktiveringen av denna elektron möjliggör också att andra ledningsprocesser kan äga rum. En närliggande atoms elektron kan uppta denna tomhet, vilket startar en kaskad av hål och elektronrörelser som resulterar i ström. Konduktiviteten hos detta material kan ökas dramatiskt genom att tillsätta en liten mängd dopningsmaterial.
Läs också: Hur fungerar en solenergi-PPA?
Den lägsta mängd energi som behövs för att elektroner i ett ämnes yttersta skal ska kunna brytas loss från sina moderatomer kallas bandgapet eller energibandgapet. Dessa elektroner deltar sedan i ledning. Eftersom det alltid finns fria elektroner tillgängliga för ledning vid applicering av även den minsta elektriska potentialen, har bra ledare ett bandgap av noll.
Deras valens- och ledningsband överlappar faktiskt varandra. Eftersom det krävs mycket energi för att frigöra en elektron från sin moderatom har isolatorer extremt höga bandgap. Halvledare har mellanliggande bandrymdsenergier på elektronvoltskala. För att minska en elektrons potential med en volt behövs en elektronvolt (1 ev).
