Elektron Bandı Nedir Kısaca

elektron bandı kuramı, bant kurami olarak da bilinir, katilar fiziğinde, elek­tronların katı cisimler içindeki fiziksel du­rumlarını tanımlayan kuramsal model. Bu modele göre, elektron enerjileri, katilar içinde ancak belli aralıklara düşen değerleri alabilir. Bir elektronun, bir katı içindeki davranışı (dolayısıyla enerjisi), çevresindeki öteki parçacıkların tümünün davranışına bağlıdır. Bu, elektronun boş uzayda serbest olarak bulunduğu durumun tam tersidir; çünkü bu durumda elektronun enerjisi her­hangi bir değeri alabilir. Katı içindeki elektronların alabileceği enerji aralıkları izinli bantlar adını alır. Bu tür iki bant arasındaki bölgeye ise yasak bant denir: Katı içindeki elektronların enerjileri, yasak bantlara düşen değerleri alamaz. Bant ku­ramı, katiların birçok elektriksel ve ısıl özelliklerini açıkladığı gibi, transistor, ısıtıcı eleman, sığaç (kondansatör) gibi elemanla­rın çalışmasının ve yapımının da temelini oluşturur.

Bir katı içindeki izinli enerji bantları, tek başına bulunan bir atomun yapısındaki kesikli (ayrık) enerji düzeyleriyle ilgilidir. Atomlar, katının oluşması sırasında bir araya gelirken, bunların kesikli enerji de­ğerleri, bir atomun ötekinin elektronlarını etkilemesi nedeniyle çok az da olsa değişir. Her atomdaki değişme biraz farklı olduğun­dan, bir atoma ait bir tek enerji değeri, 1023 atomdan oluşmuş bir katı içinde bir bant biçiminde genişleyerek sınırlı bir süreklilik biçimine girer. Atomların birbirine çok yakın gelmesi yüzünden, hangi atoma bağlı oldukları artık belirsizleşen elektronlar da bir atomdaki kesikli düzeylerden yalnız­ca birinde bulunacakları yerde, bütün atomların birden oluşturduğu bant içindeki enerji değerlerini paylaşır. Atomların dolu düzeylerinin yanı sıra boş düzeyleri de katilarda yaygınlaşarak bant oluşturur. En yüksek enerjili dolu banda değerlik (valans) bandı denir (bu banttaki elektronlar, ilgili atomların aynı adı taşıyan düzeylerinden gelir). Bunun üzerinde yer alan boş banda ise iletkenlik bandı adı verilir. Ama değer­lik bandı bütünüyle dolu değilse, boş kalan bölümü de iletkenlik bandı olur. Tıpkı tek bir atomdaki elektronların bir enerji düze­yinden öbürüne, dışarıyla enerji alışverişi yaparak geçebilmesi gibi, katilarda da bir banttan öbürüne gene enerji alıp vererek elektron geçişi olanaklıdır. Bu geçişler sıra­sında aradaki yasak bantlar üzerinden atla­nır; bu yasak bantlar aralık olarak da adlandırılır. Katilarda oluşabilecek bu bant geçişlerinin, katiların X ışınları, yüksek enerjili elektronlar, ışık fotonları vb ile etkileşimiyle incelenmesi, bant kuramının genel geçerliliğini ortaya koyduğu gibi, izinli ve yasak enerji bölgelerine ilişkin ayrıntılı bilgiler de sağlar.

Çeşitli yalın elementler, alaşımlar ve bile­şikler için, değişik izinli ve yasak bant genişliği değerleri vardır. Bu durumda ge­nellikle üç farklı grup malzeme tanımlanabi­lir: Metaller, yalıtkanlar ve yarıiletkenler. Metallerde, değerlik bandının önemli bir bölümü boştur. Bu boş kısım, iletkenliğin oluşmasında en önemli etkendir. Bantta bulunan elektronlar bu nedenle kendilerine verilen en küçük enerjiyi bile alabildiği için, metale uygulanan çok zayıf bir elektrik alanının etkisiyle de akım oluşturacak bir hız kazanabilir. Yalıtkanlarda, değerlik bandı bütünüyle doludur ve boş olan ilet­kenlik bandıyla arasındaki aralık (yasak bant) geniştir. Bu durumda, Pauli dışlama ilkesi, değerlik bandı içindeki bir elektro­nun bant içindeki bir başka enerji değerini almasını yasakladığı için, normal bir elek­trik alanının etkisi altında değerlik bandın­daki elektronların bir ek hız kazanarak akım oluşturmaları olanaksızdır; bu yüzden yalıtkanlar akım iletemez.

Öte yandan, yasak bandı aşırtacak kadar yüksek bir elektrik alanı uygulandığında, elektronların bir kısmı boş olan iletkenlik bandına sıçra­yabilir; genellikle katının yapısını tahrip eden bu gerilim değerine delinme gerilimi adı verilir. Yarıiletkenlerde ise, ya dolu olan değerlik bandı ile iletkenlik bandı aralığı çok dardır (dolayısıyla oda sıcaklı­ğındaki ısıl etkileşmeler bile bazı elektronla­rın iletkenlik bandına sıçramasına yol açabi­lir) ya da katı, asıl madde atomlarından bir eksik ya da bir fazla elektronu bulunan bir elementle katkılanır; böylece değerlik ban­dında boşluklar ya da iletkenlik bandında kısmi dolma yaratılarak iletkenlik sağlanabi­lir. Teknolojide ikinci yöntem kullanılır.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir