energiasávok
(sávelmélet, sávmodell, tiltott sáv, vezetési sáv)
Azok az energiatartományok, amelyekkel az elektronok rendelkezhetnek egy szilárd anyagban.
Egy egyedi atomban
az elektronok diszkrét
energiaszinteken
léteznek.
Egy kristályban,
ahol szorosan, egymáshoz közel egy rácsban nagyszámú atom
van, az elektronokra
számos szomszédos atommag
hat, és az élesen meghatározott energiaszintek
megengedett energiasávvá alakulnak.
A szilárd anyagok
energiaszintjeinek
e közelítését gyakran nevezik sávelméletnek vagy sávmodellnek.
Minden sáv nagyszámú megengedett kvantumállapotot
jelent. A sávok közt vannak tiltott sávok. Az atom
legkülső héján tartózkodó
elektronok (azok,
amelyek részt vesznek a kémiai
kötésekben) alakítják ki a szilárd
anyag vegyértéksávját. Ez a sáv a legmagasabb energiájú a betöltött sávok
közül.
A sávszerkezet megmagyarázza a szilárd
anyag elektromos
tulajdonságát.
Ahhoz, hogy az elektronok
a szilárd anyagon
keresztülhaladjanak, az egyik kvantumállapotból
a másikba kell változniuk. Ez csak akkor történhet, ha van azonos energiájú
üres kvantumállapot. Általában, ha a vegyértéksáv telített, az elektronok
nem tudnak új kvantumállapotba
változni ebben a sávban. Ahhoz, hogy vezetés létrejöjjön, az elektronoknak
egy nem betöltött sávban, a vezetési sávban kell lenniük.
Szigetelőkben a vezető- és a vegyérték (valencia) sávot egy széles tiltott sáv választja el, és az elektronoknak nem áll rendelkezésükre elég energia ahhoz, hogy az egyikről a másikra ugorjanak. A szigetelőkben a tiltott sáv szélessége minimum 3-5 eV körüli érték.
A fémek jó vezetők,
vagy azért, mert a vegyérték
(valencia) sáv és a vezetési sáv csak részben van betöltve, vagy
azért, mert a vezetési sáv átlapolódik vegyérték
(valencia) sávval. Mindkét esetben üres helyek állnak rendelkezésére.
A valódi félvezetőkben
a tiltott sáv keskeny, és normál hőmérsékleten
az elektronok a
vegyérték (valencia)
sáv tetején a hőmozgás
hatására a vezetési sávba kerülhetnek (abszolút
nulla fokon a félvezető
szigetelőként viselkedne).
Az adalékanyagokkal előállított félvezetőkben
extra sávok találhatók a tiltott sávban.