båndgap

Båndgapet, eller energigapet, er energiregelen mellom valensbåndets topp og lederbåndets bunn i et krystallmateriale. I et perfekt krystall er det ingen tillatte elektronstater mellom disse nivåene ved 0 K, og derfor opptrer materialet som isolator dersom båndgapet er stort. Størrelsen på båndgapet, målt i elektronvolt (eV), avgjør materialets elektriske konduktivitet ved romtemperatur og dets optiske egenskaper. Materialer med små eller moderate båndgap opptrer som semikonductorer.

Båndgap kan være direke (direkte) eller indirekte (indirekte) i forhold til krystalens bølgetall. I et direkte båndgap kan elektronoverganger mellom valensbåndet og lederbåndet skje uten endring i bølgetallet, noe som gir sterk optisk absorpsjon og effektiv emisjon. Indirekte båndgap krever et phonon ved slike overganger, og har svakere optisk respons; dette er vanlig i silisiumbaserte halvledermaterialer.

Temperatur, trykk og sammensetningen av materialet påvirker båndgapet. Generelt synker energigapet når temperaturen øker på grunn av latticeutvidelse og elektron-phonon-interaksjoner. I nanostrukturer og småkorn kan kvantekonfinering gjøre båndgapet større, slik at materialets egenskaper endres betydelig med størrelse.

Vanlige eksempler er silisium (omtrent 1,12 eV, indirekte), germanium (≈0,66 eV, indirekte), gallium arsenid GaAs (ca. 1,43 eV, direkte) og bredbåndsmaterialet gallium nitride GaN (ca. 3,4 eV). Båndgapet er sentralt i teknologier som solceller, LED-er, lasere og transistorer.