14.1 ആമുഖം

നിയന്ത്രിതമായ ഇലക്ട്രോൺ പ്രവാഹം ലഭിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളാണ് എല്ലാ ഇലക്ട്രോണിക് സർക്യൂട്ടുകളുടെയും അടിസ്ഥാന ഘടകങ്ങൾ. 1948-ൽ ട്രാൻസിസ്റ്റർ കണ്ടെത്തുന്നതിന് മുമ്പ്, അത്തരം ഉപകരണങ്ങൾ പ്രധാനമായും വാക്വം ട്യൂബുകളായിരുന്നു (വാൽവുകൾ എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു). ഉദാഹരണത്തിന്, രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകളുള്ള വാക്വം ഡയോഡ്, അതായത് ആനോഡ് (പ്ലേറ്റ് എന്നും വിളിക്കപ്പെടുന്നു) കൂടാതെ കാഥോഡ്; മൂന്ന് ഇലക്ട്രോഡുകളുള്ള ട്രയോഡ് - കാഥോഡ്, പ്ലേറ്റ്, ഗ്രിഡ്; ടെട്രോഡ്, പെന്റോഡ് എന്നിവ (അനുക്രമം 4 ഉം 5 ഉം ഇലക്ട്രോഡുകൾ). ഒരു വാക്വം ട്യൂബിൽ, ചൂടാക്കിയ കാഥോഡ് ആണ് ഇലക്ട്രോണുകൾ നൽകുന്നത്. വാക്വത്തിലെ ഈ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ നിയന്ത്രിത പ്രവാഹം അതിന്റെ വിവിധ ഇലക്ട്രോഡുകൾ തമ്മിലുള്ള വോൾട്ടേജ് മാറ്റിക്കൊണ്ട് ലഭിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോഡുകൾ തമ്മിലുള്ള ഇടത്തിൽ വാക്വം ആവശ്യമാണ്; അല്ലെങ്കിൽ, ചലിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് അവയുടെ പാതയിലെ വായു തന്മാത്രകളുമായുള്ള കൂട്ടിയിടികളിൽ ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെട്ടേക്കാം. ഈ ഉപകരണങ്ങളിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കാഥോഡിൽ നിന്ന് ആനോഡിലേക്ക് മാത്രമേ ഒഴുകാൻ കഴിയൂ (അതായത്, ഒരു ദിശയിൽ മാത്രം). അതിനാൽ, അത്തരം ഉപകരണങ്ങളെ പൊതുവെ വാൽവുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ വാക്വം ട്യൂബ് ഉപകരണങ്ങൾ വലുതാണ്, ഉയർന്ന പവർ ഉപയോഗിക്കുന്നു, സാധാരണയായി ഉയർന്ന വോൾട്ടേജുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു ($100 \mathrm{~V}$) കൂടാതെ പരിമിതമായ ആയുസ്സും കുറഞ്ഞ വിശ്വസനീയതയുമുണ്ട്. ആധുനിക ഖരാവസ്ഥയിലുള്ള അർദ്ധചാലക ഇലക്ട്രോണിക്സിന്റെ വികസനത്തിന്റെ വിത്ത് 1930-കളിലേക്ക് തിരിച്ചുപോകുന്നു. ചില ഖരാവസ്ഥയിലുള്ള അർദ്ധചാലകങ്ങളും അവയുടെ സന്ധികളും അവയിലൂടെ ചാർജ് വാഹകരുടെ എണ്ണവും ദിശയും നിയന്ത്രിക്കാനുള്ള സാധ്യത നൽകുന്നുവെന്ന് മനസ്സിലാക്കിയപ്പോഴാണ് ഇത്. പ്രകാശം, താപം അല്ലെങ്കിൽ ചെറിയ പ്രയോഗിച്ച വോൾട്ടേജ് പോലുള്ള ലളിതമായ ഉത്തേജനങ്ങൾക്ക് ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിലെ ചലനശേഷിയുള്ള ചാർജുകളുടെ എണ്ണം മാറ്റാൻ കഴിയും. അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളിൽ ചാർജ് വാഹകരുടെ വിതരണവും പ്രവാഹവും ഖരത്തിനുള്ളിലാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക, അതേസമയം മുമ്പത്തെ വാക്വം ട്യൂബുകൾ/വാൽവുകളിൽ, ചലിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒരു ചൂടാക്കിയ കാഥോഡിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുകയും അവ ഒരു ശൂന്യതയുള്ള ഇടത്തിലോ വാക്വത്തിലോ ഒഴുകാൻ സാധിക്കുകയും ചെയ്തു. അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ബാഹ്യ തപീകരണമോ വലിയ ശൂന്യതയുള്ള ഇടമോ ആവശ്യമില്ല. അവ വലിപ്പത്തിൽ ചെറുതാണ്, കുറഞ്ഞ പവർ ഉപയോഗിക്കുന്നു, കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു കൂടാതെ ദീർഘായുസ്സും ഉയർന്ന വിശ്വസനീയതയുമുണ്ട്. വാക്വം ട്യൂബുകളുടെ തത്വത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ടെലിവിഷനിലും കമ്പ്യൂട്ടർ മോണിറ്ററുകളിലും ഉപയോഗിക്കുന്ന കാഥോഡ് റേ ട്യൂബുകൾ (CRT) പോലും ഖരാവസ്ഥയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണിക്സ് പിന്തുണയോടെ ലിക്വിഡ് ക്രിസ്റ്റൽ ഡിസ്പ്ലേ (LCD) മോണിറ്ററുകൾ ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കപ്പെടുന്നു. അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളുടെ പൂർണ്ണമായ പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ ഔപചാരികമായി മനസ്സിലാക്കുന്നതിനുമുമ്പുതന്നെ, ഒരു ലോഹ പോയിന്റ് കോൺടാക്റ്റ് ഘടിപ്പിച്ച ഗലീനയുടെ (ലെഡ് സൾഫൈഡ്, PbS) സ്വാഭാവികമായി ഉണ്ടാകുന്ന ക്രിസ്റ്റൽ റേഡിയോ തരംഗങ്ങളുടെ ഡിറ്റക്ടറായി ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു.

ഇനിപ്പറയുന്ന വിഭാഗങ്ങളിൽ, ഞങ്ങൾ അർദ്ധചാലക ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുകയും ജംഗ്ഷൻ ഡയോഡുകൾ (2-ഇലക്ട്രോഡ് ഉപകരണം), ബൈപോളാർ ജംഗ്ഷൻ ട്രാൻസിസ്റ്റർ (3-ഇലക്ട്രോഡ് ഉപകരണം) എന്നിവ പോലുള്ള ചില അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ ചർച്ച ചെയ്യുകയും ചെയ്യും. അവയുടെ പ്രയോഗങ്ങൾ വിവരിക്കുന്ന കുറച്ച് സർക്യൂട്ടുകളും വിവരിക്കും.

14.2 ലോഹങ്ങൾ, ചാലകങ്ങൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ എന്നിവയുടെ വർഗ്ഗീകരണം

ചാലകതയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ

വൈദ്യുത ചാലകത $(\sigma)$ അല്ലെങ്കിൽ പ്രതിരോധം $(\rho=1 / \sigma)$ എന്നിവയുടെ ആപേക്ഷിക മൂല്യങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ഖരപദാർത്ഥങ്ങളെ വിശാലമായി ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ തരം തിരിച്ചിരിക്കുന്നു:

(i) ലോഹങ്ങൾ: അവയ്ക്ക് വളരെ കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധം (അല്ലെങ്കിൽ ഉയർന്ന ചാലകത) ഉണ്ട്.

$ \rho \sim 10^{-2}-10^{-8} \Omega \mathrm{m} $

$\sigma \sim 10^{2}-10^{8} \mathrm{~S} \mathrm{~m}^{-1}$

(ii) അർദ്ധചാലകങ്ങൾ: ലോഹങ്ങൾക്കും ഇൻസുലേറ്ററുകൾക്കും ഇടയിലുള്ള പ്രതിരോധമോ ചാലകതയോ അവയ്ക്കുണ്ട്.

$$ \begin{aligned} & \rho \sim 10^{-5}-10^{6} \Omega \mathrm{m} \\ & \sigma \sim 10^{5}-10^{-6} \mathrm{~S} \mathrm{~m}^{-1} \end{aligned} $$

(iii) ഇൻസുലേറ്ററുകൾ: അവയ്ക്ക് ഉയർന്ന പ്രതിരോധം (അല്ലെങ്കിൽ കുറഞ്ഞ ചാലകത) ഉണ്ട്.

$$ \begin{aligned} & \rho \sim 10^{11}-10^{19} \Omega \mathrm{m} \\ & \sigma \sim 10^{-11}-10^{-19} \mathrm{~S} \mathrm{~m}^{-1} \end{aligned} $$

മുകളിൽ നൽകിയിരിക്കുന്ന $\rho$, $\sigma$ എന്നിവയുടെ മൂല്യങ്ങൾ പരിമാണത്തിന്റെ സൂചകമാണ്, കൂടാതെ പരിധിക്ക് പുറത്തും പോകാം. ലോഹങ്ങൾ, ഇൻസുലേറ്ററുകൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ എന്നിവ പരസ്പരം വേർതിരിച്ചറിയുന്നതിനുള്ള ഏക മാനദണ്ഡം പ്രതിരോധത്തിന്റെ ആപേക്ഷിക മൂല്യങ്ങൾ മാത്രമല്ല. മറ്റ് ചില വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്, അവ ഈ അദ്ധ്യായത്തിൽ നാം മുന്നോട്ട് പോകുമ്പോൾ വ്യക്തമാകും.

ഈ അദ്ധ്യായത്തിൽ ഞങ്ങളുടെ താൽപ്പര്യം അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പഠനത്തിലാണ്, അവ ഇവയാകാം:

(i) മൂലക അർദ്ധചാലകങ്ങൾ: $\mathrm{Si}$, $\mathrm{Ge}$

(ii) സംയുക്ത അർദ്ധചാലകങ്ങൾ: ഉദാഹരണങ്ങൾ:

• അജൈവ: CdS, GaAs, CdSe, InP, മുതലായവ.

• ജൈവ: ആന്ത്രസീൻ, ഡോപ്പ് ചെയ്ത ഫ്തലോസയനൈനുകൾ, മുതലായവ.

• ജൈവ പോളിമറുകൾ: പോളിപൈറോൾ, പോളിയാനിലിൻ, പോളിതയോഫീൻ, മുതലായവ.

നിലവിൽ ലഭ്യമായ മിക്ക അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളും മൂലക അർദ്ധചാലകങ്ങളായ $\mathrm{Si}$ അല്ലെങ്കിൽ $\mathrm{Ge}$, കൂടാതെ സംയുക്ത അജൈവ അർദ്ധചാലകങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. എന്നിരുന്നാലും, 1990-ന് ശേഷം, ജൈവ അർദ്ധചാലകങ്ങളും അർദ്ധചാലക പോളിമറുകളും ഉപയോഗിക്കുന്ന കുറച്ച് അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് പോളിമർ-ഇലക്ട്രോണിക്സിന്റെയും മോളിക്യുലാർ-ഇലക്ട്രോണിക്സിന്റെയും ഭാവി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ജനനത്തിന് അടയാളപ്പെടുത്തുന്നു. ഈ അദ്ധ്യായത്തിൽ, ഞങ്ങൾ അജൈവ അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പഠനത്തിലേക്ക്, പ്രത്യേകിച്ച് മൂലക അർദ്ധചാലകങ്ങളായ Si, Ge എന്നിവയിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തും. മൂലക അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ചർച്ച ചെയ്യുന്നതിനായി ഇവിടെ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന പൊതുവായ ആശയങ്ങൾ, വലുതായി, മിക്ക സംയുക്ത അർദ്ധചാലകങ്ങൾക്കും ബാധകമാണ്.

ഊർജ്ജ ബാൻഡുകളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ

ബോർ ആറ്റോമിക മോഡലിന് അനുസൃതമായി, ഒരു ഒറ്റപ്പെട്ട ആറ്റത്തിൽ അതിന്റെ ഏതെങ്കിലും ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഊർജ്ജം അത് ചുറ്റിത്തിരിയുന്ന ഭ്രമണപഥത്തിലാണ് തീരുമാനിക്കപ്പെടുന്നത്. എന്നാൽ ആറ്റങ്ങൾ ഒരു ഖരപദാർത്ഥം രൂപീകരിക്കാൻ ഒത്തുചേരുമ്പോൾ അവ പരസ്പരം അടുത്താണ്. അതിനാൽ അയൽ ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പുറം ഭ്രമണപഥങ്ങൾ വളരെ അടുത്തുവരുകയോ പരസ്പരം അതിക്രമിക്കുകയോ ചെയ്യും. ഇത് ഒരു ഖരത്തിലെ ഇലക്ട്രോൺ ചലനത്തിന്റെ സ്വഭാവം ഒറ്റപ്പെട്ട ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് വളരെ വ്യത്യസ്തമാക്കും.

ക്രിസ്റ്റലിനുള്ളിൽ ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനും ഒരു അദ്വിതീയ സ്ഥാനമുണ്ട്, രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ പോലും ചുറ്റുമുള്ള ചാർജുകളുടെ കൃത്യമായ അതേ പാറ്റേൺ കാണുന്നില്ല. ഇതിന്റെ ഫലമായി, ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനും വ്യത്യസ്തമായ ഊർജ്ജ നില ഉണ്ടാകും. തുടർച്ചയായ ഊർജ്ജ വ്യതിയാനമുള്ള ഈ വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജ നിലകൾ ഊർജ്ജ ബാൻഡുകൾ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നവ രൂപീകരിക്കുന്നു. വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഊർജ്ജ നിലകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഊർജ്ജ ബാൻഡിനെ വാലൻസ് ബാൻഡ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. വാലൻസ് ബാൻഡിന് മുകളിലുള്ള ഊർജ്ജ ബാൻഡിനെ കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ബാഹ്യ ഊർജ്ജമില്ലാതെ, എല്ലാ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകളും വാലൻസ് ബാൻഡിൽ സ്ഥിതിചെയ്യും. കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിലെ ഏറ്റവും താഴ്ന്ന നില വാലൻസ് ബാൻഡിന്റെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന നിലയേക്കാൾ താഴ്ന്നതായി മാറുകയാണെങ്കിൽ, വാലൻസ് ബാൻഡിൽ നിന്നുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിലേക്ക് എളുപ്പത്തിൽ നീങ്ങാൻ കഴിയും. സാധാരണയായി കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡ് ശൂന്യമാണ്. എന്നാൽ അത് വാലൻസ് ബാൻഡിൽ അതിക്രമിക്കുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് അതിലേക്ക് സ്വതന്ത്രമായി നീങ്ങാൻ കഴിയും. ലോഹ ചാലകങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ ഇതാണ് സംഭവിക്കുന്നത്.

കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിനും വാലൻസ് ബാൻഡിനും ഇടയിൽ ചില വിടവുകൾ ഉണ്ടെങ്കിൽ, വാലൻസ് ബാൻഡിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ എല്ലാം ബന്ധിതമായി തുടരുകയും കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിൽ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകൾ ലഭ്യമാകാതിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് പദാർത്ഥത്തെ ഒരു ഇൻസുലേറ്ററാക്കുന്നു. എന്നാൽ വാലൻസ് ബാൻഡിൽ നിന്നുള്ള ചില ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിനും വാലൻസ് ബാൻഡിനും ഇടയിലുള്ള വിടവ് കടക്കാൻ ബാഹ്യ ഊർജ്ജം ലഭിക്കും. അപ്പോൾ ഈ ഇലക്ട്രോണുകൾ കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിലേക്ക് നീങ്ങും. അതേ സമയം അവ വാലൻസ് ബാൻഡിൽ ശൂന്യമായ ഊർജ്ജ നിലകൾ സൃഷ്ടിക്കും, അവിടെ മറ്റ് വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് നീങ്ങാൻ കഴിയും. അങ്ങനെ, കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ കാരണവും വാലൻസ് ബാൻഡിലെ ശൂന്യതകൾ കാരണവും ചാലകത സാധ്യമാക്കുന്ന പ്രക്രിയ സൃഷ്ടിക്കുന്നു.

$\mathrm{Si}$ അല്ലെങ്കിൽ Ge ക്രിസ്റ്റലിൽ $N$ ആറ്റങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുമ്പോൾ എന്ത് സംഭവിക്കുന്നുവെന്ന് നമുക്ക് പരിഗണിക്കാം. $\mathrm{Si}$-ന്, ഏറ്റവും പുറത്തെ ഭ്രമണപഥം മൂന്നാമത്തെ ഭ്രമണപഥമാണ് $(n=3)$, അതേസമയം $\mathrm{Ge}$-ന് ഇത് നാലാമത്തെ ഭ്രമണപഥമാണ് $(n=4)$. ഏറ്റവും പുറത്തെ ഭ്രമണപഥത്തിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം 4 ആണ് ($2 s$, $2 p$ ഇലക്ട്രോണുകൾ). അതിനാൽ, ക്രിസ്റ്റലിലെ പുറം ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ആകെ എണ്ണം $4 N$ ആണ്. പുറം ഭ്രമണപഥത്തിൽ സാധ്യമായ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പരമാവധി എണ്ണം 8 ആണ് ($2 s+6 p$ ഇലക്ട്രോണുകൾ). അതിനാൽ, $4 N$ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് $8 N$ ലഭ്യമായ ഊർജ്ജ അവസ്ഥകളുണ്ട്. ഈ $8 N$ വ്യതിരിക്തമായ ഊർജ്ജ നിലകൾക്ക് ഒരു തുടർച്ചയായ ബാൻഡ് രൂപീകരിക്കാം അല്ലെങ്കിൽ ക്രിസ്റ്റലിലെ ആറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരത്തെ ആശ്രയിച്ച് (ഖരപദാർത്ഥങ്ങളുടെ ബാൻഡ് സിദ്ധാന്തത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ബോക്സ് കാണുക) വ്യത്യസ്ത ബാൻഡുകളായി ഗ്രൂപ്പുചെയ്യാം.

$\mathrm{Si}$, Ge എന്നിവയുടെ ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസുകളിലെ ആറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരത്തിൽ, ഈ $8 N$ അവസ്ഥകളുടെ ഊർജ്ജ ബാൻഡ് രണ്ടായി വിഭജിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അവ ഒരു ഊർജ്ജ വിടവ് $E_{g}$ കൊണ്ട് വേർതിരിച്ചിരിക്കുന്നു (ചിത്രം 14.1). തികച്ചും പൂജ്യ താപനിലയിൽ $4 N$ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകൾ പൂർണ്ണമായും കൈവശപ്പെടുത്തുന്ന താഴ്ന്ന ബാൻഡാണ് വാലൻസ് ബാൻഡ്. $4 N$ ഊർജ്ജ അവസ്ഥകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന മറ്റൊരു ബാൻഡ്, കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡ് എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു, തികച്ചും പൂജ്യത്തിൽ പൂർണ്ണമായും ശൂന്യമാണ്.

ചിത്രം 14.1 $0 \mathrm{~K}$-ൽ ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിലെ ഊർജ്ജ ബാൻഡ് സ്ഥാനങ്ങൾ. കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡ് എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന മുകളിലെ ബാൻഡിൽ അനന്തമായ വലിയ എണ്ണം അടുത്തടുത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജ അവസ്ഥകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. വാലൻസ് ബാൻഡ് എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന താഴ്ന്ന ബാൻഡിൽ അടുത്തടുത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന പൂർണ്ണമായും നിറഞ്ഞ ഊർജ്ജ അവസ്ഥകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.

കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിലെ ഏറ്റവും താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നില $E_{C}$ ആയി കാണിക്കുന്നു, വാലൻസ് ബാൻഡിലെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നില $E_{V}$ ആയി കാണിക്കുന്നു. $E_{C}$-ന് മുകളിലും $E_{V}$-ന് താഴെയും ചിത്രം 14.1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, വളരെയധികം അടുത്തടുത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജ നിലകളുണ്ട്.

വാലൻസ് ബാൻഡിന്റെ മുകളിലും കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിന്റെ അടിയിലും ഉള്ള വിടവിനെ ഊർജ്ജ ബാൻഡ് വിടവ് (ഊർജ്ജ വിടവ് $E_{q}$) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. പദാർത്ഥത്തെ ആശ്രയിച്ച് ഇത് വലുതോ ചെറുതോ പൂജ്യമോ ആകാം. ഈ വ്യത്യസ്ത സാഹചര്യങ്ങൾ ചിത്രം 14.2-ൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, താഴെ ചർച്ച ചെയ്യുന്നു:

കേസ് I: ചിത്രം 14.2(a)-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെയുള്ള ഒരു സാഹചര്യത്തെ ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡ് ഭാഗികമായി നിറഞ്ഞിരിക്കുകയും ബാലൻസ് ബാൻഡ് ഭാഗികമായി ശൂന്യമായിരിക്കുകയോ അല്ലെങ്കിൽ കണ്ടക്ഷൻ, വാലൻസ് ബാൻഡുകൾ അതിക്രമിക്കുകയോ ചെയ്യുമ്പോൾ ഒരാൾക്ക് ഒരു ലോഹം ലഭിക്കും. അതിക്രമണം ഉണ്ടാകുമ്പോൾ വാലൻസ് ബാൻഡിൽ നിന്നുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിലേക്ക് എളുപ്പത്തിൽ നീങ്ങാൻ കഴിയും. ഈ സാഹചര്യം വൈദ്യുത ചാലകതയ്ക്കായി വളരെയധികം ഇലക്ട്രോണുകൾ ലഭ്യമാക്കുന്നു. വാലൻസ് ബാൻഡ് ഭാഗികമായി ശൂന്യമാകുമ്പോൾ, അതിന്റെ താഴ്ന്ന നിലയിൽ നിന്നുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഉയർന്ന നിലയിലേക്ക് നീങ്ങാൻ കഴിയും, ഇത് ചാലകത സാധ്യമാക്കുന്നു. അതിനാൽ, അത്തരം പദാർത്ഥങ്ങളുടെ പ്രതിരോധം കുറവാണ് അല്ലെങ്കിൽ ചാലകത ഉയർന്നതാണ്.

ചിത്രം 14.2 (a) ലോഹങ്ങൾ, (b) ഇൻസുലേറ്ററുകൾ, (c) അർദ്ധചാലകങ്ങൾ എന്നിവയുടെ ഊർജ്ജ ബാൻഡുകൾ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം.

കേസ് II: ഈ കേസിൽ, ചിത്രം 14.2(b)-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഒരു വലിയ ബാൻഡ് വിടവ് $E_{g}$ നിലനിൽക്കുന്നു $\left(E_{g}>3 \mathrm{eV}\right)$. കണ്ടക്ഷൻ ബാൻഡിൽ ഇലക്ട്രോണുകളില്ല, അ