Valensbånd

Figur 1. Et diagram, der viser valens- og ledningsbånd for isolatorer, metaller og halvledere. Fermi-niveauet er betegnelsen for den højest energimæssigt besatte elektronorbital ved det absolutte nulpunkt.

Valencebåndet er det bånd af elektronorbitaler, som elektroner kan hoppe ud af og bevæge sig ind i ledningsbåndet, når de er exciterede. Valensbåndet er simpelthen den yderste elektronorbital i et atom af et bestemt materiale, som elektronerne faktisk besætter. Dette er nært beslægtet med ideen om valenselektronen.

Energiforskellen mellem den højest besatte energitilstand i valensbåndet og den laveste ubesatte tilstand i ledningsbåndet kaldes båndgabet og er en indikator for et materiales elektriske ledningsevne. Et stort båndgab betyder, at der skal meget energi til for at excitere valenselektroner til ledningsbåndet. Omvendt, når valensbåndet og ledningsbåndet overlapper hinanden, som det er tilfældet i metaller, kan elektronerne let hoppe mellem de to bånd (se figur 1), hvilket betyder, at materialet er meget ledende.

Forskellen mellem ledere, isolatorer og halvledere kan vises ved, hvor stort deres båndgab er. Isolatorer er kendetegnet ved et stort båndgab, så der kræves en uoverkommelig stor mængde energi for at flytte elektroner ud af valensbåndet for at danne en strøm. Ledere har et overlap mellem lednings- og valensbåndet, så valenselektronerne i sådanne ledere er stort set frie. Halvledere har på den anden side et lille båndgab, der gør det muligt for en betydelig del af materialets valenselektroner at bevæge sig ind i ledningsbåndet, når en vis mængde energi er til stede. Denne egenskab giver dem en ledningsevne mellem ledere og isolatorer, hvilket er en del af grunden til, at de er ideelle til kredsløb, da de ikke vil forårsage en kortslutning som en leder. Denne båndkløft gør det også muligt for halvledere at omdanne lys til elektricitet i solceller og at udsende lys som lysdioder, når de er lavet til visse typer dioder. Begge disse processer er afhængige af den energi, der absorberes eller frigives af elektroner, der bevæger sig mellem lednings- og valensbåndet.