10.1 : Yarı İletkenin Temelleri

İzole edilmiş atomlar, Bohr modeli tarafından iyi tanımlanan ayrık enerji seviyelerine sahiptir. Ve bir hidrojen atomundaki bir elektronun enerjisini E_n olarak ölçer. Daha yüksek kuantum sayıları 'n' daha az negatif, daha yakın elektron enerji seviyeleri sağlar.

Bant Oluşumu:

Atomlar bir katıda olduğu gibi birbirine yaklaştırıldığında, bu ayrık enerji seviyeleri, komşu atomların elektron yörüngelerinin örtüşmesi nedeniyle bölünmeye başlar. Bu bölünme, hiçbir iki elektronun aynı anda aynı kuantum durumunu işgal edemeyeceğini belirten Pauli dışlama ilkesi nedeniyle meydana gelir. Daha fazla atom birleştikçe ayrık enerji düzeylerinin sayısı artar ve bölünme o kadar ince olur ki sürekli bir enerji bandı oluşur. Atomlar arası denge mesafesi olarak bilinen belirli bir noktada bu bantlar, elektronlarla dolu valans bandı ve mutlak sıfır sıcaklıkta boş olan iletim bandı haline gelir.

Yarı İletkenlerdeki Enerji Bantları:

Enerji bandı yapısı, 14 elektrona sahip silikon gibi yarı iletkenlerde daha karmaşıktır. İçteki 10 elektron derindeki enerji seviyelerini işgal eder ve bağlanmaya katkıda bulunmaz. Geriye kalan 3s ve 3p alt kabuklarında bulunan dört değerlik elektronu malzemenin kimyasal ve elektriksel özelliklerini belirler. Silikon atomları bir kristal kafes oluşturduğundan, 3s ve 3p alt kabukları üst üste gelir ve bantlar oluşturur. Kristaldeki denge mesafesinde, bu bantlar değerlik bandı için 4N durum ve iletim bandı için 4N durum içerir; burada N, silikon atomlarının sayısıdır.

Bant aralığı boyutu çok önemlidir çünkü elektronların iletim bandına ne kadar kolay uyarılabileceğini belirler. Bu bant aralığı yarı iletkenler için yeterince küçüktür ve termal enerji veya ışık, elektronları aralık boyunca uyararak elektrik iletimini sağlar.