11.18
Bandtheorie is vergelijkbaar met moleculaire orbitaaltheorie en biedt een model voor elektronisch gedrag in vaste stoffen. Bedenk dat wanneer twee of meer atomen samenkomen om een molecuul te worden, hun atomaire orbitalen elkaar overlappen om moleculaire orbitalen met discrete energieniveaus te vormen. Naarmate het aantal atomen in het molecuul toeneemt, neemt ook het aantal moleculaire orbitalen toe.
Vaste stoffen hebben doorgaans een buitengewoon groot aantal atomen, dus de gehele vaste stof zou worden weergegeven met een buitengewoon groot aantal dicht bij elkaar geplaatste moleculaire orbitalen. Dientengevolge zullen groepen van de moleculaire orbitalen zo dicht bij elkaar staan dat ze kunnen worden gezien als continue bereiken, of banden, van energie die elektronen kunnen innemen. Net als moleculaire orbitalen worden deze banden gescheiden door energetische kloven.
Als de kloven te groot zijn, kunnen elektronen ze niet passeren. In geleiders zoals koper bevinden de valentie-elektronen zich in een band die ook veel lege orbitalen heeft. De valentie-elektronen kunnen gemakkelijk tussen orbitalen bewegen, waardoor elektronen vrij door de vaste stof kunnen stromen.
Deze mobiele elektronen zijn verantwoordelijk voor de goede elektrische geleidbaarheid van de vaste stof. Modellen van halfgeleiders en isolatoren beschouwen twee banden:de valentieband, de band met de hoogste energie die elektronen in de grondtoestand bevat, en de geleidingsband, de band net boven de valentieband. De valentieband heeft weinig tot geen lege orbitalen, waardoor het vermogen van valentie-elektronen om door de vaste stof te bewegen wordt beperkt als ze de lege orbitalen van de geleidingsband niet kunnen bereiken.
Dit is het gedrag dat wordt waargenomen bij isolatoren zoals glas, die een grote energiekloof of bandafstand hebben tussen de valentie-en geleidingsbanden. Isolatoren vertonen daarom een slechte elektrische geleidbaarheid. Als de bandafstand klein is, kunnen valentie-elektronen worden geëxciteerd naar de geleidingsband en vrij bewegen tussen de lege orbitalen daar.
De lege orbitalen die de opgewonden elektronen achterlaten, maken het ook gemakkelijker voor elektronen om binnen de valentieband te bewegen. Dit is het gedrag dat wordt waargenomen in halfgeleiders zoals silicium, die minder geleidend zijn dan metalen, maar geleidender zijn dan isolatoren.
Wanneer twee of meer atomen samenkomen om een molecuul te vormen, combineren hun atomaire orbitalen en ontstaan moleculaire orbitalen met verschillend…
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.