Valência e bandas de condução - Valence and conduction bands

Preenchimento dos estados eletrônicos em vários tipos de materiais em equilíbrio . Aqui, a altura é a energia enquanto a largura é a densidade dos estados disponíveis para uma determinada energia no material listado. A sombra segue a distribuição Fermi – Dirac ( preto : todos os estados preenchidos, branco : nenhum estado preenchido). Em metais e semimetais, o nível de Fermi E F está dentro de pelo menos uma banda.
Em isoladores e semicondutores, o nível de Fermi está dentro de um gap ; entretanto, em semicondutores, as bandas estão próximas o suficiente do nível de Fermi para serem termicamente povoadas com elétrons ou lacunas .

Na física do estado sólido , a banda de valência e a banda de condução são as bandas mais próximas do nível de Fermi e, portanto, determinam a condutividade elétrica do sólido. Em não metais, a banda de valência é a faixa mais alta de energias de prótons na qual os elétrons estão normalmente presentes na temperatura zero absoluta , enquanto a banda de condução é a faixa mais baixa de estados eletrônicos vazios . Em um gráfico da estrutura da banda eletrônica de um material, a banda de valência está localizada abaixo do nível de Fermi, enquanto a banda de condução está localizada acima dele.

A distinção entre as bandas de valência e de condução não faz sentido nos metais, porque a condução ocorre em uma ou mais bandas parcialmente preenchidas que assumem as propriedades das bandas de valência e de condução.

Gap de banda

Em semicondutores e isoladores, as duas bandas são separadas por um gap , enquanto nos semimetais as bandas se sobrepõem. Um gap é uma faixa de energia em um sólido onde nenhum estado de elétron pode existir devido à quantização da energia. A condutividade elétrica de não metais é determinada pela suscetibilidade dos elétrons a serem excitados da banda de valência para a banda de condução.

Condutividade elétrica

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Estrutura de banda semicondutora
Consulte condução elétrica e semicondutor para uma descrição mais detalhada da estrutura de banda.

Em sólidos, a capacidade dos elétrons de agirem como portadores de carga depende da disponibilidade de estados eletrônicos vazios. Isso permite que os elétrons aumentem sua energia (ou seja, acelerem ) quando um campo elétrico é aplicado. Da mesma forma, orifícios (estados vazios) na banda de valência quase cheia também permitem a condutividade.

Como tal, a condutividade elétrica de um sólido depende de sua capacidade de fazer o fluxo de elétrons da valência para a banda de condução. Portanto, no caso de um semimetal com uma região de sobreposição, a condutividade elétrica é alta. Se houver um pequeno intervalo de banda (E g ), então o fluxo de elétrons da valência para a banda de condução só é possível se uma energia externa (térmica, etc.) for fornecida; esses grupos com pequeno E g são chamados de semicondutores . Se E g for suficientemente alto, o fluxo de elétrons da valência para a banda de condução torna-se desprezível em condições normais; esses grupos são chamados de isoladores .

No entanto, existe alguma condutividade nos semicondutores. Isso se deve à excitação térmica - alguns dos elétrons obtêm energia suficiente para pular o gap de uma só vez. Uma vez na banda de condução, podem conduzir eletricidade, assim como o buraco que deixaram na banda de valência. O buraco é um estado vazio que permite aos elétrons na banda de valência algum grau de liberdade.

Veja também

Referências

  • "Chembio" .
  • "Hiperfísica" .
  • Kittel, Charles (2005). Introdução à Física do Estado Sólido . Wiley. ISBN 0-471-41526-X.

links externos