Bandgapmaterialer

Bandgapmaterialer er faste stoffer, der har et energibåndgab mellem valensbåndet og ledningsbåndet. Båndgabet angiver den minimale energi, som elektroner skal tilføre for at bevæge sig fra valensbåndet til ledningsbåndet. Størrelsen af båndgabet måles i elektronvolt (eV) og afhænger af materialets kemi, struktur og temperatur. Materialer med små båndgabs opfører sig som halvledere ved stuetemperatur, mens større gabs giver isolerende egenskaber.

Båndgab kan være direkte eller indirekte. Ved et direkte båndgab kan elektroners overgang mellem valens- og ledningsbånd ske ved absorption eller emission af fotoner uden betydeligt momentumsskift, hvilket gør sådanne materialer særligt velegnede til lysdioder og lasere. Indirekte båndgab kræver typisk et momentumsskift og giver generelt lavere lysudbytte, selv om sådanne materialer er almindelige i mange elektroniske enheder som silicium.

Eksempler på bandgapmaterialer omfatter silicium (Si) med indirekte omkring 1,12 eV ved stuetemperatur, galliumarsenid (GaAs) med direkte omkring 1,42 eV og galliumnitride (GaN) omkring 3,4 eV. Andre materialer som CdTe og perovskitter bruges i solceller og optoelektroniske enheder. Båndgabet kan justeres gennem legeringer (f.eks. AlGaAs, InGaN) eller via kvantekonfinement i nanostrukturer som kvantebrønde og kvanteprikker.

Anvendelser omfatter transistorer, LEDs, lasere og solcelleanlæg. Viden om båndgab og dets temperaturafhængighed er central for design af moderne elektroniske og optoelektroniske enheder.