Energiaaukko

Energiaaukko (energia-aukko) on kiteisen aineen valenssibändin ja johtbändin välissä oleva energiaraja. Se kuvaa sitä energiaa, joka elektronin täytyy saada, jotta se ryntäisi johtbändiin ja aineesta tulisi elektroneille sähköä johtava. Energia-aukko on olennainen käsite puolijohteissa ja eristeissä, ja sen suuruus määrää aineen sähköisiä ja optisia ominaisuuksia.

Aineen energiaaukko voi olla suora tai epäsuora. Suora energiaaukko tarkoittaa, että valenssibändin korkein taso ja johtbändin matalin taso ovat samassa momentissa, jolloin elektronin siirtyminen voi tapahtua ilman suurta kinematiikan muutosta. Epäsuora energiaaukko vaatii puhallisen (phonon) avulla tapahtuvaa momentin muutosta. Energia-aukko mitataan yleisimmin elektronivolteina (eV) tai kappaleisiin liittyvinä lämpötilan funktioina; tyypillisiä arvoja ovat esimerkiksi piin noin 1,12 eV (induktiivinen Si), germaniumin noin 0,66 eV, sekä galli-arsenidin noin 1,42 eV (suora aukko). Laajempia energia-aukkoja edustavat keraamiset eristeet, kuten piidioksidi, jonka energia-aukko voi olla useita eV:ia (noin 8–9 eV) tai enemmän.

Energia-aukko vaikuttaa sekä sähköiseen kulkuun että valon absorptioniin. Puolijohteissa se määrittää intrinsic-kantajien tiheyden ja lämpökäytännöt, sekä mahdollistaa laitteen toiminnan kuten diodit ja aurinkokennot. Energia-aukko voidaan muokata materiaalitekniikalla, sekoittamalla aineita (aliottaen monilla) ja korvaamalla rakenteita nanoluokkien tai kvanttipisteiden avulla.

Lisätietoja: puolijohteet, valenssibändi, johtbändi, optiset ominaisuudet.