Bandlücke

band gap

Alle Materialien können leitungstechnisch in die Gruppen Leiter, Halbleiter und Nichtleiter eingeordnet werden. Das Grundmodell für diese Einordnung ist das Bändermodell, in dem die Elektronen und ihre energetische Bewegung charakterisiert werden.

Bandlücken 
     zwischen Leitungs- und Valenzband
Bandlücken zwischen Leitungs- und Valenzband  lexikon, kompendium, computer, it, elektronik

Dieses Modell steht für die Leitfähigkeit der Materialien und besteht aus dem Valenzband und dem Leitungsband. Das Valenzband enthält freie Elektronen, das Leitungsband hat im Grundzustand keine Elektronen. Zwischen diesen beiden Bändern besteht eine energetische Differenz, das ist die Bandlücke, die über die Leitfähigkeit der Materialien bestimmt.

Diese Bandlücke ist ein energetisches Maß, das in Elektronenvolt (eV) angegeben wird und das Potential beschreibt, das erforderlich ist, damit Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband wechseln.

Bandlücken von verschiedenen Halbleitern
Bandlücken von verschiedenen Halbleitern lexikon, kompendium, computer, it, elektronik

Bei Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid und -phosphid, die in Licht-emittierenden Bauelementen wie Leuchtdioden oder Elektrolumineszenz-Folien eingesetzt werden, bestimmt die Bandlücke die Farbe der Lichtemission.

Bei Nichtleitern ist diese Schwelle äußerst hoch, die Leitfähigkeit liegt im Bereich zwischen 10exp-15 bis 10exp-18 S/cm (Siemens pro Zentimeter). Bei Halbleitern kann die Bandlücke mit relativ geringer Energie überwunden werden. Das überbrückbare Potential liegt zwischen 0,4 eV und 3,6 eV. Halbleiter mit einer Bandlücke zwischen 1 eV und 1,5 eV werden als Non-Wide-Bandgap-Halbleiter bezeichnet. Liegen die Werte zwischen 2 eV bis 4 eV, dann handelt es sich um Wide-Bandgap-Halbleiter (WBG).

Leiter haben keine Bandlücke. Die Elektronen können ohne Energiezufuhr vom Valenz- in das Leitungsband wandern. Beide Bänder berühren sich; die Elektronen können sich zwischen den Bändern frei bewegen.

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