संयोजकता और चालन बैंड

संतुलन पर विभिन्न प्रकार की सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं को भरना। यहां, ऊंचाई ऊर्जा है जबकि चौड़ाई सूचीबद्ध सामग्री में एक निश्चित ऊर्जा के लिए उपलब्ध राज्यों का घनत्व है। Tवह शेड फर्मी-डिराक वितरण (काला: सभी राज्य भर गए, सफेद: कोई राज्य नहीं भरा) का अनुसरण करता है। धातुएस और सेमीमेटलएस में फर्मी स्तर ई_F कम से कम एक बैंड के अंदर स्थित है।

इंसुलेटरएस और सेमीकंडक्टरएस में फर्मी स्तर एक बैंड गैप के अंदर होता है; हालाँकि, अर्धचालकों में बैंड इलेक्ट्रॉनों या होलएस के साथ थर्मली पॉप्युलेट होने के लिए फर्मी स्तर के काफी करीब होते हैं।

सॉलिड-स्टेट फिजिक्स या ठोस अवस्था भौतिकी में, वैलेंस बैंड (संयोजकता बैंड) और कंडक्शन बैंड (चालन बैंड) इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना हैं जो फर्मी स्तर के सबसे निकट हैं, और इस प्रकार ठोस की विद्युत चालकता निर्धारित करते हैं। अधातुओं में, वैलेंस इलेक्ट्रॉन बैंड इलेक्ट्रॉन ऊर्जा की उच्चतम श्रेणी है जिसमें इलेक्ट्रॉन सामान्य रूप से पूर्ण शून्य तापमान पर उपस्थित होते हैं, जबकि कंडक्शन बैंड (विद्युत चालकता) खाली इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की सबसे निचली सीमा होती है। सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना के ग्राफ पर, वैलेंस बैंड फर्मी स्तर के नीचे स्थित होता है, जबकि चालन बैंड इसके ऊपर स्थित होता है।

धातुओं में वैलेंस और कंडक्शन बैंड के बीच का अंतर अर्थहीन है, क्योंकि कंडक्शन (प्रवाहकत्त्व) एक या एक से अधिक आंशिक रूप से भरे बैंड में होता है जो वैलेंस और कंडक्शन बैंड दोनों के गुणों को ग्रहण करता है।

बैंड गैप (अन्तराल)

Main article: बैंड गैप

अर्धचालक और इन्सुलेटर (विद्युतरोधी) में दो बैंड होते हैंl इनमें से एक बैंड अन्तराल से अलग होते हैं, जबकि सेमीमेटल्स में बैंड ओवरलैप होते हैं। बैंड अन्तराल ठोस में एक ऊर्जा श्रेणी है जहां ऊर्जा के परिमाणीकरण (भौतिकी) के कारण कोई इलेक्ट्रॉन अवस्था उपस्थित नहीं हो सकती है। बैंड की अवधारणा के भीतर, वैलेंस बैंड और कंडक्शन बैंड के बीच का एनर्जी अन्तराल बैंड अन्तराल है। गैर-धातुओं की विद्युत चालकता वैलेंस बैंड से कंडक्शन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजित होने की संवेदनशीलता से निर्धारित होती है।

विद्युत चालकता

अर्धचालक बैंड संरचना
बैंड संरचना के अधिक विस्तृत विवरण के लिए विद्युत चालन और अर्धचालक देखें।

ठोस पदार्थों में, आवेश वाहकों के रूप में कार्य करने के लिए इलेक्ट्रॉनों की क्षमता रिक्त इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की उपलब्धता पर निर्भर करती है। यह इलेक्ट्रॉनों को विद्युत क्षेत्र लागू होने पर उनकी ऊर्जा (यानी, त्वरण) को बढ़ाने की अनुमति देता है। इसी तरह, लगभग भरे हुए वैलेंस बैंड में छिद्र (खाली अवस्था) भी चालकता की अनुमति देते हैं।

जैसे, एक ठोस की विद्युत चालकता इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस से कंडक्शन बैंड तक प्रवाहित करने की क्षमता पर निर्भर करती है। इसलिए, ओवरलैप क्षेत्र के साथ एक सेमीमेटल के मामले में, विद्युत चालकता अधिक होती है। यदि कोई छोटा बैंड अन्तराल है (E_g), तो वैलेंस से कंडक्शन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह तभी संभव है जब एक बाहरी ऊर्जा (थर्मल, आदि) की आपूर्ति की जाती है; छोटे E_g वाले ये समूह अर्धचालक कहलाते हैं। यदि E_g पर्याप्त रूप से उच्च है, तो सामान्य परिस्थितियों में वैलेंस से कंडक्शन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह नगण्य हो जाता है; इन समूहों को इन्सुलेटर (बिजली) कहा जाता है।

हालाँकि, अर्धचालकों में कुछ चालकता होती है। यह थर्मल उत्तेजना के कारण होता है - कुछ इलेक्ट्रॉनों को बैंड अन्तराल को एक बार में कूदने के लिए पर्याप्त ऊर्जा मिलती है। एक बार जब वे चालन बैंड में होते हैं, तो वे बिजली का संचालन कर सकते हैं, जैसा कि वैलेंस बैंड में वे इलेक्ट्रॉन छिद्र को पीछे छोड़ सकते हैं। छिद्र एक खाली अवस्था है जो वैलेंस बैंड में इलेक्ट्रॉनों को कुछ हद तक स्वतंत्रता की अनुमति देता है।

अर्धचालक नैनोपार्टिकल्स के बैंड एज शिफ्ट

अर्धचालक नैनोक्रिस्टल के क्षेत्र में आकार-निर्भर चालन और/या वैलेंस बैंड के किनारे का स्थानांतरण एक ऐसी घटना है जिसका अध्ययन किया जा रहा है। अर्धचालकर नैनोक्रिस्टल की घटना की त्रिज्या सीमा नैनोक्रिस्टल की प्रभावी बोह्र त्रिज्या है। अर्धचालक नैनोक्रिस्टल एक्सिटोन द्वारा प्रतिबंधित होने पर असतत ऑप्टिकल संक्रमण के कारण इस त्रिज्या सीमा के तहत चालन और / या वैलेंस बैंड किनारों को उच्च ऊर्जा स्तर पर स्थानांतरित कर दिया जाता है। इस एज शिफ्टिंग के परिणामस्वरूप, कंडक्शन और/या वैलेंस बैंड का आकार कम हो जाता है। कंडक्शन और/या वैलेंस बैंड के आकार पर निर्भर एज शिफ्टिंग सेमीकंडक्टर नैनोकणों या बैंड संरचनाओं के आकार या एकाग्रता के बारे में बहुत सारी उपयोगी जानकारी प्रदान कर सकता है।

यह भी देखें

• ठोस पदार्थों में चालन के बारे में अधिक जानकारी के लिए विद्युत चालन, और बैंड संरचना का एक और विवरण।
• फर्मी तरल
• होमो/लुमो
• सामग्री की बैंड संरचना की पूरी व्याख्या के लिए सेमीकंडक्टर।
• वैलीट्रोनिक्स

संदर्भ

सामान्य संदर्भ

• Kittel, Charles (2005). Introduction to Solid State Physics. Wiley. ISBN 0-471-41526-X.
• Kornic, Steve (11 April 1997). "वैलेंस बैंड". Chembio. Archived from the original on 4 March 2021. Retrieved 8 December 2021.
• Nave, Carl R. (Rod) (1999). "सॉलिड्स के लिए बैंड थ्योरी". Hyperphysics. Retrieved 8 December 2021.

बाहरी संबंध

• Direct Band Gap Energy Calculator