Katı Malzemelerde İletim
Bir atomun dış halkasındaki elektron sayısı, hala iletkenler ve yalıtkanlar arasındaki farkın sebebidir. Bildiğimiz gibi, katı malzemeler öncelikle elektrikli cihazlarda elektron iletimini gerçekleştirmek için kullanılır. Bu malzemeler iletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar olarak ayrılabilir.
Bununla birlikte, iletkenler, yarı iletkenler ve izolatörler, enerji seviyesi diyagramları ile ayırt edilir. Bir elektronun değerlik bandından çıkıp iletime geçmesine neden olmak için gereken enerji miktarı burada hesaplanacaktır. Diyagram, malzeme içindeki tüm atomların bir birleşimidir. İzolatörlerin, yarı iletkenlerin ve iletkenlerin enerji seviyesi diyagramları aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Değerlik Bandı
Alt kısım, valence band. Atomun çekirdeğine en yakın enerji seviyelerini temsil eder ve değerlik bandındaki enerji seviyeleri, çekirdeğin pozitif yükünü dengelemek için gerekli olan doğru sayıda elektron tutar. Bu nedenle, bu grubafilled band.
Değerlik bandında elektronlar çekirdeğe sıkıca bağlıdır. Enerji seviyesinde yukarı doğru hareket eden elektronlar, çekirdeğe doğru birbirini izleyen her seviyede daha hafif bir şekilde bağlanır. Çekirdeğe daha yakın enerji seviyelerindeki elektronları rahatsız etmek kolay değildir, çünkü hareketleri daha büyük enerjiler gerektirir ve her elektron yörüngesinin farklı bir enerji seviyesi vardır.
İletim bandı
Diyagramdaki en üst veya en dıştaki banda, conduction band. Bir elektron, bu bandın içinde yer alan bir enerji seviyesine sahipse ve kristal içinde nispeten hareket etmekte serbestse, o zaman elektrik akımı iletir.
Yarı iletken elektroniğinde, çoğunlukla değerlik ve iletim bantları ile ilgileniyoruz. Bununla ilgili bazı temel bilgiler aşağıdadır -
Her atomun değerlik bandı, dış kabuktaki değerlik elektronlarının enerji seviyelerini gösterir.
İletim bandına girmelerine neden olmak için valans elektronlarına belirli bir miktarda enerji eklenmelidir.
Yasak Boşluk
Değerlik ve iletim bantları, nerede varsa, yasak boşluk adı verilen bir boşlukla ayrılır. Yasaklanmış boşluğu geçmek için belirli bir miktarda enerjiye ihtiyaç vardır. Yetersiz ise, elektronlar iletim için serbest bırakılmaz. Elektronlar, yasak boşluğu geçmek için ek enerji alana kadar değerlik bandında kalacaktır.
Belirli bir malzemenin iletim durumu, yasak boşluğun genişliği ile gösterilebilir. Atom teorisinde, boşluğun genişliği elektron volt (eV) olarak ifade edilir. Bir elektron volt, bir elektron 1 V'luk bir potansiyel farkına maruz kaldığında kazanılan veya kaybedilen enerji miktarı olarak tanımlanır. Her elementin atomları, iletime izin veren farklı bir enerji düzeyi değerine sahiptir.
Unutmayın ki forbidden regionbir yalıtkanın nispeten geniştir. Bir yalıtkanın iletime girmesini sağlamak için çok büyük miktarda enerji gerekir. Örneğin, Thyrite.
İzolatörler yüksek sıcaklıklarda çalıştırılırsa, artan ısı enerjisi valans bandının elektronlarının iletim bandına hareket etmesine neden olur.
Enerji bandı diyagramından da anlaşılacağı gibi, bir yarı iletkenin yasak boşluğu bir yalıtkanınkinden çok daha küçüktür. Örneğin, silikonun iletim bandına girmesi için 0.7 eV enerji kazanması gerekir. Oda sıcaklığında, ısı enerjisi ilavesi bir yarı iletkende iletime neden olmak için yeterli olabilir. Bu özel özellik, katı hal elektronik cihazlarında büyük önem taşır.
Bir iletken olması durumunda, iletim bandı ve değerlik bandı kısmen birbiriyle örtüşür. Bir anlamda yasak bir boşluk yok. Bu nedenle, değerlik bandının elektronları serbest elektron haline gelmek için serbest bırakılabilir. Normalde normal oda sıcaklığında iletken içinde çok az elektrik iletimi gerçekleşir.