Ledningsbandet

Ledningsbandet är det första bandet i bandteorin för en solid kropp , helt eller till största delen belägen över Fermi-nivån . Det är en energetiskt tillåten zon för elektroner , det vill säga ett energiområde tillgängligt för elektroner, i halvmetaller , halvledare och dielektrikum .

Den nedre kanten av ledningsbandet kallas dess botten. Bottenenergin indikeras (från det engelska ledningsbandet (c-) ). Frågan om det numeriska värdet är irrelevant, eftersom endast skillnaden mellan energin för denna kant och energin för andra distingerade nivåer (Fermi-nivån , den övre kanten av valensbandet , etc.) är signifikant. $E_{c}$ $E_{c}$ $E_F$ $E_{v}$

En analog till energin för den nedre gränsen för ledningsbandet i molekylära system ( kluster ) är energin i den nedre fria molekylära orbitalen ( eng. lägsta lediga molekylära orbital (LUMO) ). När man flyttar från ett bulkmaterial till ett system av enstaka atomer , stiger kanten som regel i förhållande till . $E_{c}$ $E_F$

Ledningsband i fasta ämnen

Placeringen av kanten (botten) av ledningsbandet och kanten (taket) av valensbandet bestämmer till stor del egenskaperna hos materialet, inklusive dess elektriska ledningsförmåga . Denna sammanställning blir ett kriterium för klassificeringen av fasta ämnen, vilket kommer att behandlas nedan. Den höga elektrontätheten i ledningsbandet hjälper till att minska motståndet hos detta material. $E_{c}$ $E_{v}$

Metaller

I metaller överlappar valensbandet ledningsbandet; formellt, i metaller, har bandgapet en negativ bredd , därför har de elektroner i ledningsbandet även vid absolut noll , vilket bestämmer deras elektriska ledningsförmåga även vid absolut noll temperatur (0 K).

Halvmetaller

I halvmetaller överlappar valens- och ledningsbanden delvis, men tillståndstätheten i överlappningsområdet för dessa band är låg, så den elektriska ledningsförmågan vid 0 K är ändlig, men lägre än den för metaller. En annan likhet mellan en halvmetall och en halvledare är en ökning av elektrisk ledningsförmåga med ökande temperatur, till skillnad från rena metaller och nästan alla legeringar där den elektriska resistiviteten ökar med ökande temperatur.

Halvledare och dielektrika

I halvledare och dielektrika är valens- och ledningsbanden åtskilda av ett bandgap; vid nolltemperatur är tillstånden i valensbandet helt upptagna av elektroner, och det finns inga elektroner i ledningsbandet; därför, vid 0 K, är dessa ämnen leder inte elektrisk ström, eftersom för rörelse av elektroner under inverkan av ett elektriskt fält krävs en förändring i elektronernas tillstånd, och alla tillstånd i valensbandet är upptagna och elektroner kan inte ändra sitt kvantmekaniska tillstånd.

Vid en annan temperatur än 0 K passerar en del av elektronerna från valensbandet på grund av termisk rörelse in i ledningsbandet, medan fria energinivåer bildas i valensbandet, övergivna av elektroner, och elektroner uppträder i ledningsbandet, därför , vid temperaturer som inte är noll, får dielektrika och halvledare elektrisk ledningsförmåga.

Ur bandteorins synvinkel finns det ingen grundläggande skillnad mellan dielektrika och halvledare och de skiljer sig endast i bandgapet, dielektrika har ett bandgap på flera elektronvolt , därför vid en inte för hög temperatur, till exempel, rumstemperatur, en obetydlig del av elektronerna passerar in i ledningsbandet av dielektrika och därför har de en mycket låg elektrisk ledningsförmåga, i motsats till halvledare, som har en märkbar elektrisk ledningsförmåga vid samma temperaturer.

Länkar

Chembio (otillgänglig länk) . Hämtad 27 oktober 2019. Arkiverad från originalet 2 augusti 2020. (obestämd)
hyperfysik . (obestämd)
Kittel, Charles. Introduktion till fasta tillståndets fysik . - Wiley, 2005. - ISBN 0-471-41526-X .

Litteratur

Kittel, Charles. Introduktion till fasta tillståndets fysik. - Hoboken, NJ : Wiley, 2005. - ISBN 047141526X .

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)