Объяснение диаграммы энергетических зон в твердых телах

Твердые кристаллы образуются, когда изолированные атомы сближаются. Однако, когда два атома сближаются, это приводит к перемешиванию электронов в валентной оболочке. В результате образуется число допустимых энергетических уровней, которое называется энергетической полосой. Валентная полоса включает электроны с самой высокой энергией в твердом теле, а зона проводимости — это нижний пустой пояс, где могут находиться электроны. Эти полосы являются допустимыми полосами. Энергетическая полоса между допустимыми полосами называется запрещенной зоной или зоной, где электроны не могут существовать. Запрещенная энергетическая полоса, также известная как ширина запрещенной зоны, обозначает разницу энергий (эВ) между вершиной валентной полосы и дном зоны проводимости в материалах. Ток, протекающий через материалы, обусловлен переносом электронов из валентной полосы в зону проводимости. Электрическая проводимость полупроводника значительно изменяется при изменении температуры. При абсолютном нуле: При абсолютном нуле температуры все электроны прочно удерживаются атомами полупроводника. Электроны внутренних орбит связаны, тогда как валентные электроны участвуют в ковалентных связях. При этой температуре ковалентные связи очень прочны, и свободных электронов нет. Выше абсолютного нуля: При повышении температуры некоторые ковалентные связи в полупроводнике разрываются из-за приложенной тепловой энергии. Разрыв связей высвобождает электроны, которые участвуют в образовании этих связей. В результате в полупроводнике остается небольшое количество свободных электронов. Эти свободные электроны могут образовывать крошечный электрический ток, если к полупроводниковому кристаллу приложить разность потенциалов. Электрический ток — это поток заряженных частиц, таких как электроны или ионы, движущихся через электрический проводник или пространство. Он измеряется как суммарная скорость потока электрического заряда через поверхность или в контрольный объем. Электрический ток — это поток заряженных частиц, таких как электроны или ионы, движущихся через электрический проводник или пространство. Условный ток — это поток положительного заряда от положительного полюса к отрицательному и является обратным потоку реальных электронов. Условный ток течет в одном направлении; электроны текут в другом.