Ledningsbånd

Ledningsbåndet er det første bånd i båndteorien om et fast legeme , helt eller for det meste placeret over Fermi-niveauet . Det er en energimæssigt tilladt zone for elektroner , det vil sige et energiområde, der er tilgængeligt for elektroner, i halvmetaller , halvledere og dielektrika .

Den nederste kant af ledningsbåndet kaldes dets bund. Bundenergien er angivet (fra det engelske conduction (c-) band ). Spørgsmålet om den numeriske værdi er irrelevant, da kun forskellen mellem energien af denne kant og energien af andre adskilte niveauer (Fermi-niveauet , den øvre kant af valensbåndet osv.) er signifikant. $E_{c}$ $E_{c}$ $E_F$ $E_{v}$

En analog til energien af den nedre grænse af ledningsbåndet i molekylære systemer ( klynger ) er energien af den nedre frie molekylære orbital ( eng. laveste ubesatte molekylære orbital (LUMO) ). Når man flytter fra et bulkmateriale til et system af enkelte atomer , stiger kanten som regel i forhold til . $E_{c}$ $E_F$

Ledningsbånd i faste stoffer

Placeringen af kanten (bunden) af ledningsbåndet og kanten (loftet) af valensbåndet bestemmer i høj grad materialets egenskaber, herunder dets elektriske ledningsevne . Denne sidestilling bliver et kriterium for klassificeringen af faste stoffer, som vil blive overvejet nedenfor. Den høje elektrondensitet i ledningsbåndet hjælper med at reducere modstanden af dette materiale. $E_{c}$ $E_{v}$

Metaller

I metaller overlapper valensbåndet ledningsbåndet; formelt i metaller har båndgabet en negativ bredde , derfor har de, selv ved absolut nultemperatur, elektroner i ledningsbåndet, som bestemmer deres elektriske ledningsevne selv ved det absolutte nulpunkt temperatur (0 K).

Halvmetaller

I semimetaller overlapper valens- og ledningsbåndene delvist, men tætheden af tilstande i overlapningsområdet for disse bånd er lav, så den elektriske ledningsevne ved 0 K er endelig, men lavere end metallers. En anden lighed mellem et halvmetal og en halvleder er en stigning i elektrisk ledningsevne med stigende temperatur, i modsætning til rene metaller og næsten alle legeringer, hvor den elektriske resistivitet stiger med stigende temperatur.

Halvledere og dielektriske stoffer

I halvledere og dielektrika er valens- og ledningsbåndene adskilt af et båndgab; ved nul temperatur er tilstandene i valensbåndet fuldstændigt optaget af elektroner, og der er ingen elektroner i ledningsbåndet; derfor, ved 0 K, er disse stoffer leder ikke elektrisk strøm, da for bevægelse af elektroner under påvirkning af et elektrisk felt kræver en ændring i elektronernes tilstand, og alle tilstande i valensbåndet er optaget, og elektroner kan ikke ændre deres kvantemekaniske tilstand.

Ved en anden temperatur end 0 K går en del af elektronerne fra valensbåndet på grund af termisk bevægelse ind i ledningsbåndet, mens frie energiniveauer dannes i valensbåndet, forladt af elektroner, og elektroner optræder i ledningsbåndet, derfor , ved ikke-nul temperaturer opnår dielektrika og halvledere elektrisk ledningsevne.

Fra båndteoriens synspunkt er der ingen grundlæggende forskel mellem dielektrika og halvledere, og de adskiller sig kun i båndgabet, dielektrika har et båndgab på flere elektronvolt , derfor ved en ikke for høj temperatur, f.eks. stuetemperatur, passerer en ubetydelig del af elektronerne ind i dielektrikas ledningsbånd, og derfor har de en meget lav elektrisk ledningsevne, i modsætning til halvledere, som har en mærkbar elektrisk ledningsevne ved de samme temperaturer.

Litteratur

Kittel, Charles. Introduktion til faststoffysik. - Hoboken, NJ : Wiley, 2005. - ISBN 047141526X .