فجوة النطاق

الخصائص البصرية

وعلى صعيد آخر، ترتبط قدرة المادة الصلبة على امتصاص الضوء بخاصية امتصاص طاقة الفوتون en بواسطة الإلكترونات فتصبح إلكترونات مثارة . نظرًا لعدم إمكانية إثارة أي إلكترون في المنطقة المحظورة (فجوة النطاق) بين نطاقي التكافؤ والتوصيل ، يجب أن تتجاوز طاقة الفوتون طاقة فجوة النطاق :

وإلا فلا يمكن امتصاص الفوتون.

تقترن طاقة الفوتون بـ تردد الإشعاع الكهرومغناطيسي بالصيغة:

التوصيل الكهربائي

علاوةً على ذلك، يمكن للإلكترونات المثارة فقط في نطاق التوصيل أن تتحرك عمليًا بحرية عبر مادة صلبة وتساهم في الموصلية الكهربائية. في درجات الحرارة المحدودة ، توجد دائمًا بعض الإلكترونات في نطاق التوصيل بسبب الإثارة الحرارية ، لكن عددها يختلف اختلافًا كبيرًا مع حجم فجوة النطاق. بناءً على ذلك ، يتم التصنيف بحسب ـ الموصلات ، أشباه الموصلات n و العوازل. الحدود الدقيقة بين تلك النطاقات غير واضحة تماما ، ولكن يمكنك استخدام قيم الحدود التالية كقاعدة عامة:

• لا توجد فجوات في الموصلات.
• تحتوي أشباه الموصلات على فجوة نطاق طاقة تتراوح بين 0.1 إلى ≈ 4 ؛ eV.
• غير الموصلات (العوازل) الكهربية لها فجوة نطاق أكبر من 4 إلكترون فولط. " />

Ep

المعادن لا يمكن أن تكون شفافة.

من جهة ثانية، نظرًا لأن امتصاص الفوتون مرتبط بإثارة الإلكترون من نظاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل ، فهناك علاقة بين حدوث الضوء والتوصيل الكهربائي. على وجه الخصوص ، تتناقص المقاومة الكهربائية لأشباه الموصلات مع زيادة شدة الضوء ، والتي مثلًا يمكن استخدامها مع المستشعرات الضوئية .

حيث h ثابت بلانك .

ومن جهة أخرى، المواد الصلبة الشفافة هي في الغالب عوازل (مثل الزجاج وبعض أنواع البلاستيك ). ومع ذلك ، هناك كذلك مواد موصلة للكهرباء ذات نفاذية عالية نسبيًا ، مثلًا أكاسيد شفافة موصلة للكهرباء.

وفي هذا السياق، إذا كان للمادة الصلبة فجوة نطاق ، فهي بالتالي تكون شفافة للإشعاع تحت تردد معين / أعلى من طول موجي معين (بشكل عام ، هذه العبارة ليست صحيحة تمامًا ، نظرًا لوجود احتمالات أخرى ، مثل امتصاص طاقة الفوتون . يمكن اشتقاق القواعد التالية تحديدًا لنفاذية الضوء المرئي (طاقات الفوتون حول 2 إلكترون فولط eV):

أمثلة