KIINTEÄN AINEEN RAKENNE JA FYSIKAALISET OMINAISUUDET ...

324 7.8 Johteet, eristeet ja puolijohteetSeuraavaksi tarkastelemme aineita, joilla ylin valenssivyö on täynnä, eikäpeitä energia-asteikolla seuraavaa energiavyötä, joka on täysin tyhjä. Tällainenvyörakenne on esitetty kuvassa 7-41. Koska valenssivyön kaikki tilatovat täynnä, sen elektronit on jäädytetty orbitaaleilleen. Ne eivät voisiirtyä energia-asteikolla lähellä oleville orbitaaleille, jotka ovat täynnä,sillä siirtyminen on Paulin kieltosäännönmukaan mahdotonta. Ainoamahdollisuus on siirtyä ensimmäiselletäysin tyhjälle vyölle, jotatässä kutsumme johtovyöksi. Tähäntarvitaan energiaa muutamistaelektronivolteista muutamiin kymmeniinelektronivoltteihin. Tästäsyystä ulkoinen sähkökenttä ei voimuuttaa valenssielektronien miehitysjakaumaaaaltovektoriavaruudessa,eikä tuota nettosähkövirtaa.Kuva 7- 41 Energiavyöt eristeessä.Tästä syystä nämä aineet ovat eristeitä.Korkeissa lämpötiloissa ja hyvinsuurissa sähkökentissä elektroneita voi kuitenkin siirtyä johtovyöhön,jolloin eristeissäkin voidaan havaita sähkövirta.Useimmat kovalenttiset kiteet joiden atomeilla on parillinen määrävalenssielektroneita ovat eristeitä. Kuva 7-42 esittää skemaattisestitimantin vyörakenteen. Elektronivyötmuodostuvat hiiliatomien 2s- ja2p-energiatasoista ja niille voidaansijoittaa kahdeksan elektroniaatomia kohden. Hiiliatomilla onkuitenkin vain neljä elektronia näilläenergiatasoilla. Kun atomit tuodaanlähemmäs toisiaan, 2s- ja 2penergiavyötalkavat peittää toisiaan.Kuitenkin kun atomit tuodaan yhäpienemmälle etäisyydelle toisistaan,Kuva 7-42 Energiavyöt ja elektronijakauma vyöt hajoavat jälleen kahdeksipuolijohteessa.vyöksi, joille kummallekin voidaan