Brontekst bekijken van Verboden zone

[[Bestand:Isolator-metaal.svg|thumb|Band gap bij metalen, halfgeleiders en isolatoren]]
[[Bestand:Semiconductor band gap-dutch.svg|thumb|Structuur van geleidings- en valentieband]]
De '''verboden zone''', '''bandkloof''' of '''band gap''' is in de [[vastestoffysica]] en [[materiaalkunde]] het energieverschil tussen de bovenkant van de [[valentieband]] en de onderkant van de geleidingsband in [[isolator]]en en [[Halfgeleider (elektronica)|halfgeleiders]]. De elektrische en optische eigenschappen van een vaste stof worden hoofdzakelijk bepaald door de grootte van de verboden zone. De grootte van de verboden zone wordt meestal gegeven in [[elektronvolt]] (eV).

Stoffen met een grote verboden zone zijn in het algemeen [[isolator]]en, die met kleinere afstanden [[halfgeleider (vastestoffysica)|halfgeleiders]]. [[Geleider]]s hebben een zeer kleine verboden zone of helemaal geen, omdat de valentie- en geleidingsbanden elkaar raken of overlappen.

[[Elektron]]en bevinden zich in de stof in een toestand met bepaalde [[energie]] en bezetten de laagst mogelijke energieband. Vanwege het [[uitsluitingsprincipe van Pauli]] kunnen er geen twee elektronen in de stof bestaan met dezelfde eigenschappen. Aangezien er miljarden [[atoom|atomen]] zitten in een vaste stof, verspreiden de elektronen zich over een band van energie. Ofwel, doordat de [[golffunctie]]s van naburige atomen in een vaste stof met elkaar overlappen hebben de mogelijke energieniveaus van de stof de neiging om banden te vormen. Niet alle mogelijke energieniveaus zijn "toegestaan", daardoor zit er tussen verschillende banden een 'verboden zone' of energiekloof. Het niveau tot waar bij 0 [[Kelvin (eenheid)|kelvin]] alle energieniveaus gevuld zijn met elektronen wordt het [[fermi-niveau]] genoemd.

Een elektron kan door toevoeging van energie (door [[warmte]] of energie van [[foton]]en) van de valentieband naar de geleidingsband gaan. Hier heeft het elektron veel meer ruimte en kan bewegen, wat [[elektrische geleiding]] veroorzaakt. De [[temperatuur]] of [[golflengte]] die nodig is om de elektronen in de valentieband van genoeg energie te voorzien, is uit te rekenen met respectievelijk:
:<math>E = k \,T</math>
en
:<math>E= h \,\frac{c}{\lambda}</math>
Hierin is <math>E</math> de energie, <math>k</math> de [[boltzmannconstante]], <math>T</math> de temperatuur, <math>h</math> de [[constante van Planck]], <math>c</math> de [[lichtsnelheid]] en <math>\lambda</math> de golflengte. Zo kan worden berekend dat zichtbaar [[licht]] elektronen over een band gap van maximaal 3,26 eV kan heen helpen.

Energiesprong tussen de valentieband en de hoger gelegen geleidingsband van een [[materiaal]]:
* isolator > 5 [[elektronvolt|eV]]
* halfgeleider ~ 1 eV
* geleider < 0 eV (overlapping van valentie- en geleidingsband)

''Band gap'' E<sub>g</sub> voor materialen met covalente bindingen:
* [[diamant]]: 5,3 eV
* [[zinksulfide]]: 3,6 eV
* [[galliumarsenide]]: 1,42 eV
* [[silicium]]: 1,14 eV
* [[germanium]]: 0,67 eV

In een coderingssysteem voor halfgeleiders wordt de grootte van de band gap met de volgende letters als beginletter aangeduid:
* '''A''' germanium: 0,6 à 1,0 eV
* '''B''' silicium: 1,0 à 1,3 eV
* '''C''' galliumarsenide: 1,3 à ...
* '''R''' samengestelde materialen; [[cadmiumsulfide]]: 2,42 eV
Een component met de codering ''BC148'' is dan bijvoorbeeld een silicium[[transistor]].

[[Categorie:Vastestoffysica]]
[[Categorie:Materiaalkunde]]