Båndgap

et båndgap er avstanden mellom valensbåndet av elektroner og ledningsbåndet. I hovedsak representerer båndgapet den minste energien som kreves for å opphisse et elektron opp til en tilstand i ledningsbåndet hvor det kan delta i ledning. Det lavere energinivået er valensbåndet, og dermed hvis det eksisterer et gap mellom dette nivået og det høyere energiledningsbåndet, må energi legges inn for at elektroner skal bli fri. Størrelsen og eksistensen av dette båndgapet gjør det mulig å visualisere forskjellen mellom ledere, halvledere og isolatorer. Disse avstandene kan ses i diagrammer kjent som banddiagrammer, vist I Figur 1 nedenfor.

Figur 1. Et båndgapdiagram som viser de forskjellige størrelsene på båndgap for ledere, halvledere og isolatorer.

Båndgapstørrelser

Figur 1 ovenfor illustrerer forskjellen i størrelsen på båndgapet for isolatorer, ledere og halvledere. Størrelsen på dette bandgapet gir materialene noen av deres forskjellige egenskaper. I isolatorer separeres elektronene i valensbåndet med et stort båndgap fra ledningsbåndet. Dette betyr at det er et stort «forbudt» gap i energier som hindrer elektroner fra valensbåndet fra å hoppe opp i ledningsbåndet og delta i ledning. Dette gir en forklaring på hvorfor isolatorer ikke leder elektrisitet godt.

i ledere overlapper valensbåndet med ledningsbåndet. Denne overlappingen får valenselektronene til å være i hovedsak fri til å bevege seg inn i ledningsbåndet og delta i ledning. Siden det ikke er en full overlapping, kan bare en brøkdel av valenselektronene bevege seg gjennom materialet, men dette er fortsatt nok til å gjøre ledere ledende.

i halvledere er gapet lite nok til at det kan broderes av en slags eksitasjon-kanskje Fra Solen når det gjelder fotovoltaiske celler. Gapet er i hovedsak en størrelse «mellom» som en leder eller isolator. I denne modellen er et begrenset antall elektroner i stand til å nå ledningsbåndet og utføre små mengder elektrisitet. Excitasjonen av denne elektronen tillater også ytterligere ledningsprosesser som følge av elektronhullet igjen. Et elektron fra et atom i nærheten kan okkupere dette rommet, og skape en kjedereaksjon av hull og elektronbevegelse som skaper strøm. En liten mengde dopingmateriale kan drastisk øke ledningsevnen til dette materialet.