מהי רצועת האנרגיה וסיווגה

סידור המולקולות במוצקים, נוזלים וגזים אינם זהים. במוצקים הם מסודרים מקרוב כך שהאלקטרונים בתוך אטומי המולקולה עוברים למסלול האטומים השכנים. בגזים סידור המולקולה אינו קרוב ואילו בנוזלים הוא בינוני. לכן מסלול האלקטרון מכסה בחלקו כאשר האטומים מתקרבים הדדית. בגלל שילובם של אטומים בתוך מוצקים, כחלופה לרמות אנרגיה בודדות, נוצרות רמות רצועות האנרגיה. מערך רמות האנרגיה ארוז מקרוב המכונה רצועת אנרגיה.

מהי Energy Band?

ההגדרה של רצועת האנרגיה היא מספר האטומים שבפנים אבן קריסטל יכול להיות קרוב יותר זה לזה, כמו כן מספר אלקטרונים יתקשר זה עם זה. רמות האנרגיה של האלקטרונים בתוך מעטפתם יכולות להיגרם עקב השינויים ברמות האנרגיה שלהם. המאפיין העיקרי של האנרגיה הלהקה היא שמצבי האנרגיה של האלקטרוניקה של אלקטרוניקה יציבים בטווחים שונים. אז, רמת האנרגיה של אטום תשתנה ברצועות הולכה ובלוחות ערכיות.

תורת הלהקה האנרגטית

על פי התיאוריה של בוהר, כל קליפה מאטום כוללת כמות נפרדת של אנרגיה ברמות שונות. תיאוריה זו נותנת בעיקר פרטים על תקשורת של אלקטרונים בין הקליפה הפנימית ומעטפתה החיצונית. על פי התיאוריה של רצועת האנרגיה, רצועות האנרגיה מסווגות לשלושה סוגים הכוללים את הדברים הבאים.

תורת הלהקה האנרגטית

• להקת ואלנס
• פער אנרגיה אסור
• להקת הולכה

להקת ואלאנס

זרימת האלקטרונים בתוך האטומים ברמות אנרגיה קבועות אולם האנרגיה של האלקטרון בקליפה הפנימית עדיפה על הקליפה החיצונית של האלקטרונים. האלקטרונים שנמצאים בתוך המעטפת החיצונית נקראים כאלקטרונים.

אלקטרונים אלה כוללים רצף של רמות אנרגיה היוצרים רצועת אנרגיה הנקראת רצועת ערכיות. רצועה זו כוללת את האנרגיה הכבושה המרבית.

להקת הולכה

אלקטרוני הערכיות מחוברים באופן רופף לכיוון הגרעין בטמפרטורת החדר. חלק מהאלקטרונים מאלקטרוני הערכיות יעזבו את הלהקה בחופשיות. אז אלה נקראים אלקטרונים חופשיים מכיוון שהם זורמים לעבר האטומים השכנים.

אלקטרונים חופשיים אלה יוליכו את זרימת הזרם בתוך מוליך המכונה אלקטרונים הולכה. הלהקה הכוללת אלקטרונים נקראת כפס הולכה והאנרגיה הכבושה של זה תהיה פחותה.

פער אסור

הפער האסור הוא הפער בין רצועת ההולכה לרצועת הערכיות. הלהקה הזו אסורה בלי אנרגיה. לכן אין זרימת אלקטרונים ברצועה זו. זרימת האלקטרונים מהערכיות להולכה תעבור דרך פער זה.

אם פער זה גדול יותר, אז האלקטרונים ברצועת הערכיות קשורים חזק לגרעין. נכון לעכשיו, על מנת להוציא את האלקטרונים מלהקה זו, יש צורך בכוח חיצוני קטן, שווה ערך לפער האנרגיה האסור. בתרשים הבא מתוארים להלן שתי הלהקות, כמו גם פער אסור. בהתבסס על גודל הפער, מוליכים למחצה נוצרים מוליכים ומבודדים.

סוגי להקות אנרגיה

רצועות האנרגיה מסווגות לשלושה סוגים כלומר

• מבודדים
• מוליכים למחצה
• מנצחים

מבודדים

הדוגמאות הטובות ביותר לבידוד הן עץ וזכוכית. מבודדים אלה אינם מתירים את זרימת חשמל לזרום דרכם. לבודדים מוליכות נמוכה במיוחד ועמידות גבוהה. במבודד, פער האנרגיה הוא גבוה במיוחד שהוא 7eV. החומר אינו יכול להופיע בגלל שזרימת האלקטרונים מהלהקות כמו שערכיות להולכה אינה ניתנת לביצוע.

מבודדי אנרגיה

המאפיינים העיקריים של מבודדים כוללים בעיקר את פער האנרגיה כמו שאסור הוא גדול במיוחד. עבור סוגים מסוימים של מבודדים, כאשר הטמפרטורה עולה, הם עשויים להמחיש העברה כלשהי.

מוליכים למחצה

הדוגמאות הטובות ביותר למוליכים למחצה הן סיליקון (Si) וגרמניום (Ge) שהם החומרים הנפוצים ביותר. המאפיינים החשמליים של חומרים אלה הם בין מוליכים למחצה כמו גם מבודדים. התמונות הבאות מציגות את דיאגרמת פס האנרגיה של מוליכים למחצה בכל מקום שרצועת ההולכה יכולה להיות פנויה ורצועת הערכיות מלאה לחלוטין אולם הפער האסור בין הלהקות הללו הוא דקה שהיא 1eV. הפער האסור של Ge הוא 0.72eV ו- Si הוא 1.1 eV. לכן, מוליכים למחצה זקוקים למוליכות מועטה.

מוליכים למחצה אנרגיה

המאפיינים העיקריים של מוליכים למחצה כוללים בעיקר את פער האנרגיה כמו שאסור הוא קטן ביותר. כאשר הטמפרטורה של מוליך למחצה עולה, המוליכות תפחת.

מנצחים

המוליך הוא סוג של חומר בו פער האנרגיה האסור נעלם כמו רצועת הערכיות כמו גם רצועת ההולכה הופכת לקרובה ביותר שהם מכסים חלקית. הדוגמאות הטובות ביותר למוליכים הם זהב, אלומיניום, נחושת וזהב. הזמינות של האלקטרונים החופשיים בטמפרטורת החדר היא עצומה. תרשים פס האנרגיה של המוליך מוצג להלן.

מוליכים אנרגיה

המאפיינים העיקריים של מוליכים כוללים בעיקר את פער האנרגיה כמו שאסור שלא יהיה קיים. רצועות האנרגיה כמו הערכה כמו גם הולכה יחפפו. הזמינות של אלקטרונים בחינם להולכה הינה בשפע. ההולכה תגדל ברגע שמספר המתח הקטן יגדל.

לפיכך, זה הכל על סקירה כללית של רצועת האנרגיה . מהמידע לעיל לבסוף, אנו יכולים להסיק כי סידור המולקולה בחומרים כמו מוצקים, נוזלים וגזים אינו שונה. בגזים המולקולות אינן קרובות, במוצקים המולקולות מסודרות מקרוב ובנוזלים המולקולות מסודרות בינוני. כך שהאלקטרונים בתוך אטומי המולקולה נוטים לזרום למסלולים על אטומים סמוכים. לכן מסלול האלקטרון מכסה בחלקו בזמן שהאטומים מתקרבים במשותף. בגלל ערבוב האטומים בתוך המוצקים, כתחליף לרמות אנרגיה בלבד, ייווצרו רצועות האנרגיה. אלה ארוזים מקרוב וזה נקרא להקות אנרגיה. הנה שאלה עבורך, רצועת אנרגיה במוצקים?