نظریه نواری

فیزیک کلاسیک برای توضیح رسانش الکتریکی اجسام، ساده ترین مدل جسم جامد را ارائه نمود یعنی نظریه الکترون –آزادرسانا را، طبق این مدل اگر دریک جسم جامد الکترون ها مقید به هسته باشند آن جسم نارسانا و اگر بتوان براحتی الکترون هارا از جسم جدا کرد آن جسم رسانا است.
● نظریه نواری :
در این نظریه فرض شده است که اتمها در مجاورت هم قرار دارند وبه جای یک اتم مجموعه ای از اتمها مورد بررسی قرار میگیرد و بدین ترتیب یک الکترون نه تنها تحت تاثیر هسته اتم خود است بلکه تحت تاثیر هسته اتمهای مجاور خود نیز است به همین دلیل ترازهای انرژی برای یک جسم جامد علاوه بر داشتن خصوصیات ترازهای انرژی یک اتم منفرد دارای یک خصوصیت دیگر ،آن هم داشتن نوار های انرژی می باشد. هرگاه نمودار انرژیِ الکترون بر حسب فاصله اتمی یک جسم جامد را رسم کنیم خواهیم دید :
▪ وقتی فاصله بین اتمها زیاد است درست مانند زمانی الکترون برای اتم منفرد بررسی میشد ، الکترونها در مدار معین (۲ یا ۳ یا.....) روی ترازهای مجزا درفاصله های معین قرار میگیرندکه دارای انرژی معین هستند.
▪ با کاهش فاصله بین اتمها، ترازها در لایه معین پهن شده به یکدیگر نزدیک می شوندوتشکیل نوارانرژِی میدهند.
▪ وقتی فاصله بین اتمها بسیار کم میشود در نوار انرژِی شکاف ایجاد شده و به دو نوار مجزا تبد یل میگردد . به فاصله بین دو نوار که درآن هیچ تراز انرژی دیده نمیشودو الکترونی نیزوجود ندارد Gap گاف ممنوعه(پرش ناگهانی) گفته میشود.و ترازهای پراز الکترون وارد در نوارظرفیت قرار میگیرند و ترازهای خالی یا نیمه پر در نوار رسانش.
مقایسه اجسام رسانا- نا رسانا- نیمه رسانا با استفاده از مدل ساختار نواری:
الف) ساختار نواری جسم رسانا :
خصوصیت اصلی تمام رساناها این است که در نوار رسانش جسم رسانا بخش نیمه پر وجود دارد
بنابراین الکترونهای این نوار (الکترونهای رسانش ) با دریافت انرژی توسط برانگیختگی گرمایی یا
انرژی الکتریکی ، براحتی گذار درون نواری انجام میدهند و از تراز پایین به تراز بالاتر میروند .یعنی
شارش بار (جریان ). وچون برای گذار بین نواری انرژی زیاد احتیاج است حتی با برقراری اختلاف
پتانسیل در دوسر رسانا این نوع گذار رخ نمیدهدو الکترونهای ظرفیت نقشی در رسانش الکتریکی
ندارند.
ب ) ساختار نواری جسم نیم رسانا :
در نوار رسانش جسم نیم رسانا بخش خالی وجود دارد وگاف انرژی در این جسم بسیار کوچک است(۱الکترون ولت) و با کمترین برانگیختگی گرمایی ( دمای اتاق ) یا اعمال میدان الکتریکی خارجی، الکترونها ی ظرفیت از نوارظرفیت به نوار رسانش گذار بین نواری انجام میدهند و هر چقدر دما بیشتر باشد تعداد بیشتری از الکترونها گذار را انجام میدهند میتوان گفت در نیم رسانا هر دو نوار در رسانش سهم دارند
پ) ساختار نواری جسم نارسانا :
در نوار رسانش جسم نا رسانا بخش خالی وجود دارد وگاف انرژی بین دو نوار رسانش و نوار ظرفیت بسیار بزرگ است(۵الکترون ولت) بطوریکه باایجاد میدان الکتریکی نیز نمی توان گذار الکترو نی را ازنوار ظرفیت به نواررسانش داشت و بین ترتیب هرگز نمی توان یک نارسانا را رسانا نمود.

منبع : سایر منابع