پیش‌نویس:مدل پهنای انرژی

مدل پهنای انرژی

این مدل به تشریح قابلیت هدایت رسانا هاعایق ها و نیم رسانا ها می پردازد.این مدل از دو باند بانام های باند ظرفیت و باند هدایت (به انگلیسی: Valence and conduction bands)که تعیین کنندهٔ میزان هدایت الکتریکی در جامدها هستند. باند ظرفیت بالاترین گستره از انرژی الکترون است که در آن‌جا در دمای صفر مطلق الکترون‌ها به‌طور معمول وجود دارند. در نیمه‌رساناها و نارساناها باند با انرژی بالاتر وجود دارد که به آن باند هدایت می‌گویند و توسط باند خالی از باند ظرفیت جدا می‌شود. در شبه‌فلزات باند خالی وجود ندارد. در واقع فاصله‌ای بین باند ظرفیت و باند هدایت موجود نیست. باند هدایت کمترین گستره از حالت‌های خالی الکترونی است. در نمودار نظریهٔ باند های یک ماده، باند ظرفیت در زیر سطح فرمی قرار گرفته‌است، در حالی که باند هدایت در بالای آن واقع شده‌است. این تمایز در فلزها البته بی‌معنی است زیرا که بالاترین باند در مورد فلزها همیشه تا اندازه‌ای پر است، در نتیجه جانشین ویژگی‌های هر دوی نوار ظرفیت و باند انتقال است. به این ترتیب، رسانایی الکتریکی یک جامد به توانایی آن در به جریان انداختن الکترون‌ها از باند ظرفیت به باند هدایت بستگی دارد. علت کم بودن هدایت الکتریکی در نارساناها و نیمه‌رساناها به خصوصیات باند هدایت آن‌ها برمی‌گردد. در این مواد باند هدایت به‌طور کامل پر شده‌است و هیچ فضای خالی (یا سطح انرژی اشغال نشده) وجود ندارد. در نتیجه هنگام اعمال میدان الکتریکی، الکترونها نمی‌توانند شتاب گرفته و با افزایش انرژی خود شروع به حرکت کنند. در نیمه رسانا ها گاه که هدایت الکتریکی دیده می‌شود به این دلیل است که تعدادی از الکترون‌های باند ظرفیت آن قدر انرژی بدست می‌آورند (مثلاً انرژی حرارتی) که می‌توانند از نوار ممنوعه عبور کرده و به باند هدایت بروند. در این حالت هم الکترون‌هایی که در باند هدایت هستند و هم حفره‌هایی که در باند ظرفیت ایجاد شده‌اند می‌توانند هدایت الکتریکی را سبب شوند. در فلزات باند ظرفیت کاملاً پر نشده و الکترون‌ها می‌توانند به راحتی حرکت کنند. در واقع نوار هدایت یا باند هدایت باند است که از باند ظرفیت، الکترون می‌پذیرد. حامل‌های بار منفی، الکترون‌هایی هستند که انرژی کافی برای فرار از نوار ظرفیت و پرش به نوار هدایت را داشته‌اند. آن‌ها آزادانه در سراسر شبکهٔ کریستالی حرکت می‌کنند و به‌طور مستقیم در رسانا سازی نیمه‌هادی نقش دارند. حامل‌های بار مثبت، حفره‌ها هستند. حضور یک حفره اشاره به این واقعیت است که در باند جایی برای یک الکترون (یعنی منفی حامل بار) وجود دارد در حالی که الکترون ثابتی در آن مکان خاص وجود ندارد. از آن‌جا که الکترون پتانسیل آن را دارد که وجود داشته باشد و در عین حال وجود نداشته باشد، از حفره به عنوان حامل مثبت شارژ هم یاد شده‌است.