نوار ممنوعه

محدوده انرژی در جامدی که هیچ حالت الکترونی نمی‌تواند وجود داشته باشد

در فیزیک حالت جامد نوار ممنوعه، شکاف باند (به انگلیسی: Band gap)، یا شکاف انرژی (به انگلیسی: energy gap) یا کاف‌باند (به انگلیسی: bandgap) به ناحیه‌ای از طیف انرژی در یک جامد گفته می‌شود که در آن ناحیه از طیف هیچ حالت الکترونیکی نمی‌تواند وجود داشته باشد. در نمودار ساختار باند الکترونیکی جامدها (نظریه نوارها)، شکاف باند به‌طور کلی به تفاوت انرژی (با یکای الکترون‌ولت) در جایی بین «بالای نوار ظرفیت» و «پایین نوار هدایت»؛ در نارساناها و نیم‌رساناها، اشاره دارد. (این نوار یا شکاف در رساناها وجود ندارد). به عبارتی دیگر: نوار ممنوعه اختلاف انرژی میان حد پایین نوار هدایت و حد بالای نوار ظرفیت است. این انرژی در حقیقت انرژی لازم برای آزاد کردن یک الکترون است که در خارجی‌ترین لایهٔ الکترونی قرار دارد. واژه‌های هم‌ارز نوار ممنوعه، گپ نواری، شکاف انرژی، شکاف باند و نوار بدون انرژی است.

کاف‌باند در نیم‌رساناها

شکاف باند در فیزیک نیم‌رسانا

ویرایش

در نیم‌رساناها و نارساناها شکاف انرژی شامل سطوح انرژی‌ای است که الکترون‌ها امکان برانگیزش به آن‌ها را ندارند. این نوار در نیم‌رساناها در مقایسه با نارساناها بسیار کوچک‌تر است. این امر باعث می‌شود که الکترون‌های لایه ظرفیت در نیم‌رساناها را بتوان به سادگی با اعمال میدان‌های الکتریکی، حرارت یا تابش نور به نوار رسانش برد. این خاصیت باعث می‌شود که کاربردهای متعددی برای نیم‌رساناها قابل پیش‌بینی باشد.

شکاف باند در سلول‌های خورشیدی

ویرایش

نوار بدون انرژی در سلول‌های خورشیدی مشخص می‌کند که چه مقدار از نور خورشید توسط سلول جذب خواهد شد. تبدیل‌کننده لومینسانس خورشیدی از یک ماده لومینسانس برای تغییر انرژی (و درنتیجه فرکانس) فوتون‌ها و نزدیک کردن آن‌ها به فرکانس جذب سلول استفاده می‌کند.

 
رابطهٔ رسانایی، نارسانایی و نیمه‌رسانایی با ضخامت نوار ممنوعه

فهرست شکاف انرژی مواد

ویرایش
نام ماده نام ماده به انگلیسی نشانه نوار بدون انرژی (eV در ۳۰۰K) مرجع
سیلیسیم Silicium Si ۱٫۱۱ [۱]
ژرمانیم Germanium Ge ۰٫۶۷ [۱]
سیلیسیم کاربید Silicon carbide SiC ۲٫۸۶ [۱]
آلومینیم فسفید Aluminium arsenide AlP ۲٫۴۵ [۱]
آلومینیم آرسناید Aluminium antimonide AlAs ۲٫۱۶ [۱]
آنتیمونید آلومینیوم Aluminium nitride AlSb ۱٫۶ [۱]
آلومینیم نیترید Aluminium nitride AlN ۶٫۳
الماس Diamond C ۵٫۵
گالیم(III) فسفید Gallium(III) phosphide GaP ۲٫۲۶ [۱]
گالیم(III) آرسناید Gallium(III) arsenide GaAs ۱٫۴۳ [۱]
گالیم(III) نیترید Gallium(III) nitride GaN ۳٫۴ [۱]
گالیم(III) سولفید Gallium(II) sulfide GaS ۲٫۵ (در K۲۹۵)
گالیم آنتیمونید Gallium antimonide GaSb ۰٫۷ [۱]
ایندیم(III) فسفید Indium(III) phosphide InP ۱٫۳۵ [۱]
ایندیم(III) آرسناید Indium(III) arsenide InAs ۰٫۳۶ [۱]
اکسید زنگ Zinc oxide ZnO ۳٫۳۷
سولفید زنگ Zinc sulfide ZnS ۳٫۶ [۱]
سلنید زنگ [Zinc selenide ZnSe ۲٫۷ [۱]
تلورید زنگ Zinc telluride ZnTe ۲٫۲۵ [۱]
کادمیم سولفید Cadmium sulfide CdS ۲٫۴۲ [۱]
کادمیم سلنید Cadmium selenide CdSe ۱٫۷۳ [۱]
تلورید کادمیم Cadmium telluride CdTe ۱٫۴۹ [۲]
سولفید سرب (II) Lead(II) sulfide PbS ۰٫۳۷ [۱]
سلنید سرب (II) Lead(II) selenide PbSe ۰٫۲۷ [۱]
تلورید سرب (II) Lead(II) telluride PbTe ۰٫۲۹ [۱]

شکاف باند در فوتونیک و فونونیک

ویرایش

در فوتونیک شکاف باند مربوط به بازه‌ای از فرکانس‌های فوتونی است که فوتون‌های دارای این فرکانس نمی‌توانند از ماده عبور کنند (با صرف نظر از اثر تونل). این خاصیت در بلورهای فوتونیکی نیز آن‌ها را آبستن کاربردهای بسیار زیادی، از جمله ساخت صفحات بازتابنده نور برای برخی طول‌موج‌های خاص، موجبرهای نانومتری و … کرده‌است. در فونونیک نیز نوار ممنوعه مفهوم مشابهی برای بلورهای فونونی دارد.[۳][۴]

جستارهای وابسته

ویرایش

پانویس

ویرایش
  1. ۱٫۰۰ ۱٫۰۱ ۱٫۰۲ ۱٫۰۳ ۱٫۰۴ ۱٫۰۵ ۱٫۰۶ ۱٫۰۷ ۱٫۰۸ ۱٫۰۹ ۱٫۱۰ ۱٫۱۱ ۱٫۱۲ ۱٫۱۳ ۱٫۱۴ ۱٫۱۵ ۱٫۱۶ ۱٫۱۷ ۱٫۱۸ ۱٫۱۹ Streetman, ‎Ben G. (2000), Solid State electronic Devices (به انگلیسی), Sanjay Banerjee (5th edition ed.), نیوجرسی: Prentice Hall, p. 524 {{citation}}: |edition= has extra text (help)نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  2. Madelung, ‎Otfried (1996), Semiconductors - Basic Data (به انگلیسی) (2nd rev. ed. ed.), Berlin Heidelberg New York: اشپرینگر ساینس+بیزینس مدیا {{citation}}: |edition= has extra text (help)نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  3. Eichenfield, Matt; Chan, Jasper; Camacho, Ryan M.; Vahala, Kerry J.; Painter, Oskar (2009). "Optomechanical crystals". Nature. 462 (7269): 78–82. arXiv:0906.1236. Bibcode:2009Natur.462...78E. doi:10.1038/nature08524. ISSN 0028-0836. PMID 19838165. S2CID 4404647.
  4. Yu, Sunkyu; Piao, Xianji; Hong, Jiho; Park, Namkyoo (16 September 2015). "Bloch-like waves in random-walk potentials based on supersymmetry". Nature Communications. 6 (1): 8269. arXiv:1501.02591. Bibcode:2015NatCo...6.8269Y. doi:10.1038/ncomms9269. PMC 4595658. PMID 26373616.

منابع

ویرایش