バンドギャップ

バンドギャップは、電子の価電子帯と伝導帯との間の距離である。 基本的に、バンドギャップは、伝導に関与することができる伝導帯内の状態まで電子を励起するために必要な最小エネルギーを表す。 低エネルギー準位は価電子帯であるため、この準位と高エネルギー伝導帯との間にギャップが存在する場合、電子が自由になるためにはエネルギーを入力しなければならない。 このバンドギャップの大きさと存在は、導体、半導体、絶縁体の違いを視覚化することができます。 これらの距離は、下の図1に示すバンド図として知られている図で見ることができます。

図1。 導体、半導体、および絶縁体のバンドギャップの異なるサイズを示すバンドギャップ図。

バンドギャップサイズ

上の図1は、絶縁体、導体、半導体のバンドギャップのサイズの違いを示しています。 このバンドギャップのサイズは材料に明瞭な特性のいくつかを与える。 絶縁体では、価電子帯の電子は伝導帯から大きなバンドギャップによって分離される。 これは、価電子帯からの電子が伝導帯に飛び上がり、伝導に関与するのを妨げるエネルギーに大きな「禁止された」ギャップがあることを意味する。 これは、絶縁体が電気をうまく伝導しない理由の説明を提供しています。

導体では、価電子帯は伝導帯と重なっています。 この重複により、価電子は本質的に自由に伝導帯に移動し、伝導に関与する。 それは完全な重複ではないので、価電子のほんの一部だけが材料を通って移動することができますが、これはまだ導体を導電性にするのに十分です。

半導体では、ギャップは、太陽電池の場合はおそらく太陽からのある種の励起によってブリッジすることができるほど十分に小さい。 ギャップは、本質的に、導体または絶縁体の「中間」のサイズである。 このモデルでは、有限数の電子が伝導帯に到達し、少量の電気を伝導することができる。 この電子の励起はまた、残された電子正孔の結果として追加の伝導過程を生じることを可能にする。 近くの原子からの電子がこの空間を占有し、正孔と電子の動きの連鎖反応を引き起こし、電流を生成することができます。 少量のドーピング材料は、この材料の導電性を大幅に増加させることができる。