Valenční pás

Obrázek 1. Schéma znázorňující valenční a vodivostní pásy izolantů, kovů a polovodičů. Fermiho hladina je název pro orbital s nejvyšší obsazenou energií elektronů při absolutní nule.

Valenční pás je pás elektronových orbitalů, ze kterého mohou elektrony při excitaci přeskočit a přejít do vodivostního pásu. Valenční pás je jednoduše nejvzdálenější elektronový orbital atomu nějakého konkrétního materiálu, který elektrony skutečně zaujímají. To úzce souvisí s představou valenčního elektronu.

Rozdíl energií mezi nejvyšším obsazeným energetickým stavem valenčního pásu a nejnižším neobsazeným stavem vodivostního pásu se nazývá pásmová mezera a udává elektrickou vodivost materiálu. Velká pásmová mezera znamená, že k excitaci valenčních elektronů do vodivostního pásu je zapotřebí velké množství energie. Naopak, pokud se valenční a vodivostní pás překrývají, jako je tomu u kovů, mohou elektrony snadno přecházet mezi oběma pásy (viz obrázek 1), což znamená, že materiál je vysoce vodivý.

Rozdíl mezi vodiči, izolanty a polovodiči lze ukázat podle toho, jak velká je jejich pásová mezera. Izolátory se vyznačují velkou pásmovou mezerou, takže k přesunu elektronů z valenčního pásu za účelem vytvoření proudu je zapotřebí neúměrně velké množství energie. Vodiče mají překryv mezi vodivostním a valenčním pásem, takže valenční elektrony v těchto vodičích jsou v podstatě volné. Naproti tomu polovodiče mají malou pásmovou mezeru, která umožňuje, aby se významná část valenčních elektronů materiálu při určitém množství energie přesunula do vodivostního pásu. Tato vlastnost jim dává vodivost mezi vodiči a izolanty, což je jeden z důvodů, proč jsou ideální pro obvody, protože nezpůsobí zkrat jako vodič. Tato mezera mezi pásy také umožňuje polovodičům přeměňovat světlo na elektřinu ve fotovoltaických článcích a vyzařovat světlo jako LED diody, pokud jsou vyrobeny v určitých typech diod. Oba tyto procesy závisí na energii absorbované nebo uvolněné elektrony, které se pohybují mezi vodivostním a valenčním pásem.