poluvodički energijski dijagram

poluvodički energijski dijagram (engl. semiconductor energy diagram; njem. Halbleiterenergiediagramm; rus. полупроводниковая энергетическая диаграмма), dijagram koji obuhvaća najviše pojaseve dopuštenih i zabranjenih energija elektrona u poluvodičima ili vodičima. Za električna su svojstva bitna tri najviša pojasa: vodljivi, zabranjeni i valentni. Najviši dopušteni pojas je vodljivi, prvi dopušteni ispod njega je valentni, a između njih je zabranjeni. Na temperaturi 0 K popunjena su sva energijska stanja u valentnom pojasu (tj. svi su elektroni vezani za matični atom), a vodljivi je pojas prazan. Djelovanjem vanjske energije (npr. povišenjem temperature ili ozračivanjem) elektron se može osloboditi od matičnoga atoma. Za to je oslobađanje, tj. prijelaz iz valentnoga pojasa u vodljivi pojas, potrebna energija koja je jednaka širini zabranjenoga E_G. Oslobođeni elektron u valentnom pojasu ostavlja nepopunjeno energijsko stanje, koje se može popuniti susjednim elektronom. Tako nepopunjeno stanje, tzv. → šupljina, putuje u valentnom pojasu. Zato su elektroni u vodljivom pojasu i šupljine u valentnom pojasu slobodni nosioci, pa omogućuju protok el. struje. Prema širini zabranjenoga pojasa materijali se razvrstavaju na vodiče (nemaju zabranjeni pojas), poluvodiče (E_G ≤ 3 eV) i izolatore (E_G ≥ 3 eV). Ako su pri jednakim količinama gibanja najmanja energija elektrona u vodljivom pojasu i najveća energija u valentnom pojasu, zabranjeni je pojas izravan, a ako su pri različitim količinama gibanja, zabranjeni je pojas neizravan. Porastom temperature zabranjeni se pojas suzuje. U energijski dijagram još se ucrtava i Fermijeva razina E_F koja se u nedegeneriranim poluvodičima (→ poluvodič, degenerirani) nalazi unutar zabranjenoga pojasa, a njezin položaj pokazuje o kakvu je poluvodiču riječ. Što je koncentracija elektrona veća, Fermijeva je razina viša. U poluvodiču N-tipa Fermijeva je razina viša, a u P-tipa niža od sredine zabranjenoga pojasa. U intrinsičnom ili kompenziranom (kvaziintrinsični) poluvodiču Fermijeva je razina približno na sredini zabranjenoga pojasa. → poluvodič