能隙

能隙（band gap）是填滿的價帶與空的導帶之間那道禁階的高度，是電子要一躍從被束縛變成自由所必須獲得的能量。沒有電子被允許擁有落在能隙內的能量，所以是全有或全無：電子要嘛留在價帶，要嘛整個跳上導帶。能隙以電子伏特（eV）計，是最乾淨地把導體、半導體、絕緣體分開的單一數字。

規則簡單、值得背下。沒有能隙（或能帶重疊）：金屬，永遠導電。能隙小，最多約 2 eV：半導體，室溫的熱就能把相當數量的電子推過去。能隙大，約 3 eV 以上：絕緣體，這一跳高到幾乎沒有電子能完成。矽的能隙 1.1 eV、鍺 0.67 eV、砷化鎵 1.42 eV，都是半導體。鑽石 5.5 eV、石英近 9 eV，都是絕緣體。能隙與導電的關係是指數式的：熱激發的載子數大致隨 e^(-Eg / 2kT) 變化，所以能隙即使只稍增，導電率也會急劇下滑。

能隙不只是分類標籤，更是設計旋鈕。它決定 LED 發出的光色，也決定太陽能電池能吸收的光色（光子能量必須超過 Eg 才會被捕獲）。它決定元件能在多熱下運作，之前單靠熱就把載子灌滿、使它不再開關，這正是碳化矽（3.3 eV）與氮化鎵等寬能隙材料在高功率、高溫電子元件中備受青睞的原因。選一種半導體，很大程度上就是選一個能隙。