Bandgap

ett bandgap är avståndet mellan elektronernas valensband och ledningsbandet. I huvudsak representerar bandgapet den minsta energi som krävs för att excitera en elektron upp till ett tillstånd i ledningsbandet där det kan delta i ledning. Den lägre energinivån är valensbandet, och om det finns ett gap mellan denna nivå och det högre energiledningsbandet måste energi matas in för att elektroner ska bli fria. Storleken och förekomsten av detta bandgap gör att man kan visualisera skillnaden mellan ledare, halvledare och isolatorer. Dessa avstånd kan ses i diagram som kallas banddiagram, som visas i Figur 1 nedan.

Figur 1. Ett bandgapdiagram som visar olika storlekar av bandgap för ledare, halvledare och isolatorer.

Bandgapstorlekar

Figur 1 ovan illustrerar skillnaden i storlek på bandgapet för isolatorer, ledare och halvledare. Storleken på detta bandgap ger materialen några av deras distinkta egenskaper. I isolatorer separeras elektronerna i valensbandet med ett stort bandgap från ledningsbandet. Detta innebär att det finns ett stort ”förbjudet” gap i energier som hindrar elektroner från valensbandet från att hoppa upp i ledningsbandet och delta i ledning. Detta ger en förklaring till varför isolatorer inte leder elektricitet bra.

i Ledare överlappar valensbandet med ledningsbandet. Denna överlappning gör att valenselektronerna i huvudsak är fria att röra sig in i ledningsbandet och delta i ledning. Eftersom det inte är en fullständig överlappning kan endast en bråkdel av valenselektronerna röra sig genom materialet, men detta är fortfarande tillräckligt för att göra Ledare ledande.

i halvledare är gapet tillräckligt litet för att det kan överbryggas av någon form av excitation – kanske från solen när det gäller fotovoltaiska celler. Gapet är i huvudsak en viss storlek” däremellan ” som hos en ledare eller isolator. I denna modell kan ett begränsat antal elektroner nå ledningsbandet och leda små mängder elektricitet. Excitationen av denna elektron möjliggör också ytterligare ledningsprocesser som ett resultat av elektronhålet kvar. En elektron från en atom i närheten kan uppta detta utrymme, vilket skapar en kedjereaktion av hål och elektronrörelse som skapar ström. En liten mängd dopningsmaterial kan drastiskt öka konduktiviteten hos detta material.