Gap di banda

Un gap di banda è la distanza tra la banda di valenza degli elettroni e la banda di conduzione. Essenzialmente, il band gap rappresenta l’energia minima necessaria per eccitare un elettrone fino a uno stato nella banda di conduzione in cui può partecipare alla conduzione. Il livello di energia inferiore è la banda di valenza, e quindi se esiste un divario tra questo livello e la banda di conduzione di energia superiore, l’energia deve essere immessa affinché gli elettroni diventino liberi. La dimensione e l’esistenza di questo gap di banda consente di visualizzare la differenza tra conduttori, semiconduttori e isolanti. Queste distanze possono essere viste nei diagrammi noti come diagrammi di banda, mostrati nella Figura 1 qui sotto.

Figura 1. Un diagramma gap di banda che mostra le diverse dimensioni di lacune di banda per conduttori, semiconduttori e isolanti.

Dimensioni del band Gap

La figura 1 sopra illustra la differenza di dimensioni del band gap per isolatori, conduttori e semiconduttori. La dimensione di questo gap di banda dà ai materiali alcune delle loro proprietà distinte. Negli isolanti, gli elettroni nella banda di valenza sono separati da un ampio intervallo di banda dalla banda di conduzione. Ciò significa che c’è un grande divario “proibito” nelle energie che impedisce agli elettroni della banda di valenza di saltare nella banda di conduzione e partecipare alla conduzione. Ciò fornisce una spiegazione del motivo per cui gli isolanti non conducono bene l’elettricità.

Nei conduttori, la banda di valenza si sovrappone alla banda di conduzione. Questa sovrapposizione fa sì che gli elettroni di valenza siano essenzialmente liberi di muoversi nella banda di conduzione e partecipare alla conduzione. Poiché non è una sovrapposizione completa, solo una frazione degli elettroni di valenza può muoversi attraverso il materiale, ma questo è ancora sufficiente per rendere conduttori conduttivi.

Nei semiconduttori, il divario è abbastanza piccolo da poter essere colmato da una sorta di eccitazione – forse dal Sole nel caso delle celle fotovoltaiche. Il divario è essenzialmente una certa dimensione “in-between” quella di un conduttore o isolante. In questo modello, un numero finito di elettroni è in grado di raggiungere la banda di conduzione e condurre piccole quantità di elettricità. L’eccitazione di questo elettrone consente anche che si verifichino ulteriori processi di conduzione come risultato del foro dell’elettrone lasciato alle spalle. Un elettrone da un atomo vicino può occupare questo spazio, creando una reazione a catena di fori e movimento di elettroni che crea corrente. Una piccola quantità di materiale dopante può aumentare drasticamente la conduttività di questo materiale.