Kaistanväli

kaistanväli on elektronien valenssikaistan ja johtuvuuskaistan välinen etäisyys. Pohjimmiltaan kaistan aukko edustaa vähimmäisenergiaa, joka tarvitaan herättämään elektroni jopa tilaan johtuminen bändi, jossa se voi osallistua johtuminen. Alempi energiataso on valenssikaista, ja näin ollen jos tämän tason ja korkeamman energiajohtokaistan välillä on aukko, energiaa on syötettävä, jotta elektronit vapautuvat. Tämän kaistan aukon koon ja olemassaolon ansiosta voidaan havainnollistaa johtimien, puolijohteiden ja eristeiden välinen ero. Nämä etäisyydet voidaan nähdä kaavioissa, joita kutsutaan bändikaavioiksi ja jotka esitetään alla olevassa kuvassa 1.

Kuva 1. Kaistan aukkokaavio, jossa esitetään eri kokoisia kaistan aukkoja johtimille, puolijohteille ja eristeille.

kaistan Raon koot

yllä oleva kuva 1 havainnollistaa eristeiden, johtimien ja puolijohteiden kaistan raon kokoeroa. Tämän kaistan aukon koko antaa materiaaleille joitakin niiden erillisiä ominaisuuksia. Eristeissä valenssikaistan elektronit erottaa johtokaistasta suuri kaistan aukko. Tämä tarkoittaa sitä, että energioissa on suuri ”kielletty” aukko, joka estää valenssikaistalta tulevia elektroneja hyppäämästä johtuvuuskaistalle ja osallistumasta johtumiseen. Is kertoo, miksi eristeet eivät johda sähköä hyvin.

johtimissa valenssikaista on päällekkäinen johtokaistan kanssa. Tämä päällekkäisyys aiheuttaa sen, että valenssielektronit ovat periaatteessa vapaita siirtymään johtuvuuskaistalle ja osallistumaan johtumiseen. Koska se ei ole täysin päällekkäinen, vain murto-osa valenssielektroneista voi liikkua materiaalin läpi, mutta tämä riittää silti tekemään johtimista johtavia.

puolijohteissa aukko on sen verran pieni, että sen voi paikata jonkinlaisella herätyksellä – aurinkosähkökennojen tapauksessa ehkä auringosta. Kuilu on pohjimmiltaan jonkin kokoinen ”välissä” kuin johtimen tai eristeen. Tässä mallissa äärellinen määrä elektroneja pääsee johtokaistalle ja johtaa pieniä määriä sähköä. Tämän elektronin eksitaatio mahdollistaa myös ylimääräiset johtumisprosessit jäljelle jääneen elektroniaukon seurauksena. Lähellä olevasta atomista tuleva elektroni voi vallata tämän tilan, jolloin syntyy reikien ketjureaktio ja elektronin liike, joka luo virtaa. Pieni määrä doping-materiaalia voi merkittävästi lisätä tämän materiaalin johtavuutta.