A vezetők, a szigetelők és a félvezetők közötti különbség vizualizálásának hasznos módja az, hogy felhívjuk az anyagban lévő elektronok elérhető energiáit. A rendelkezésre álló energiaállapotok diszkrét energiák helyett sávokat alkotnak, mint a szabad atomok esetében. Az elektronok jelenléte a vezetősávban döntő fontosságú a vezetési folyamat szempontjából. A szigetelőkben a vegyérték sávban lévő elektronokat egy nagy tiltott sáv választja el a vezető sávtól. Az olyan vezetőkben, mint a fémek, a vegyérték-sáv átfedi a vezetősávot, a félvezetőknél pedig elég kicsi a sávrés a vegyérték- és vezetősávok között, hogy az elektronok hővel vagy valamilyen más gerjesztéssel át tudnak ugrani rajta. Ilyen kis sávok esetén a doppinganyag kis százalékának jelenléte drámaian megnöveli a vezetőképességet.

A sávelmélet egyik fontos paramétere a Fermi-szint, az alacsony hőmérsékleten elérhető elektronenergia-szintek maximuma. A Fermi szint vezetési sávhoz viszonyított helyzete alapvető tényező az elektromos tulajdonságok meghatározásában.

theory
A sávok részletes nézeteA tiltott sáv függése az interatumikus távolságtól
Index

Kattintson bármelyik részre további információkért.

A tiltott sáv függése az interatumikus távolságtól
Index

A legtöbb szilárd anyag szigetelő, és a szilárd anyagok sávelméletét tekintve ez azt jelenti, hogy a vegyértékes elektronok energiái és az az energia között, amelyen az elektronok szabadon mozoghatnak az anyagon (a hajtó sávon) belül, nagy a tiltott tér.

Az üveg olyan szigetelőanyag, amely átlátszó lehet a látható fény számára, olyan okokból, amelyek szorosan kapcsolódnak elektromos szigetelő jellegéhez. A látható fény fotonok nem rendelkeznek elegendő kvantum energiával a tiltott sáv megkerüléséhez, és az elektronokat a vezetősávban elérhető energiaszintre emelik. Az üveg láthatósági tulajdonságai képet adhatnak a "dopping" szilárd tulajdonságokra gyakorolt ​​hatásáról is. Az üvegben lévő szennyeződési atomok nagyon kis százaléka kiszínezheti azt a rendelkezésre álló energiaszintek biztosításával, amelyek elnyelik a látható fény bizonyos színeit. Például az ásványi ruben (korund) egy alumínium-oxid, amely kis mennyiségben (körülbelül 0,05%) krómot tartalmaz, amely a zöld és a kék abszorpciója miatt jellegzetes rózsaszínű vagy vörös színt ad neki.

Míg a szigetelők doppingolása drasztikusan megváltoztathatja optikai tulajdonságait, nem elég a nagy sávú rés áthidalása ahhoz, hogy jó áramvezetővé váljanak. A félvezető dopping azonban sokkal hangsúlyosabban befolyásolja elektromos vezetőképességüket, és ez a szilárdtest elektronika alapja.

Az olyan belső félvezetőkben, mint a szilícium és a germánium, a Fermi-szint lényegében félúton van a vegyérték és a vezetősávok között. Noha a vezetés 0єK hőmérsékleten nem következik be, magasabb hőmérsékleten véges számú elektron érheti el a vezetési sávot és adhat némi áramot. Adalékolt félvezetőnél további energiaszintek adódnak.

A vezetőképesség hőmérsékleti növekedése a Fermi-függvény alapján modellezhető, amely lehetővé teszi a vezetési sáv populációjának kiszámítását.

A szilárd anyagok sávelméletét tekintve a fémek egyedülállóak, mint a villamos energia jó vezetői. Ez annak az eredménynek tekinthető, hogy vegyérték elektronjai lényegében szabadok. A sávelméletben ezt a vegyértéksávnak a vezetősávval való átfedéseként rajzolják meg, így a vegyérték-elektronok legalább egy része átmehet az anyagon.