Banda de valencia

Figura 1. Diagrama que muestra las bandas de valencia y conducción de los aislantes, metales y semiconductores. El nivel de Fermi es el nombre que recibe el orbital electrónico ocupado de mayor energía en el cero absoluto.

La banda de valencia es la banda de orbitales electrónicos de la que pueden saltar los electrones, pasando a la banda de conducción cuando son excitados. La banda de valencia es simplemente el orbital electrónico más externo de un átomo de cualquier material específico que los electrones realmente ocupan. Esto está estrechamente relacionado con la idea del electrón de valencia.

La diferencia de energía entre el estado energético más alto ocupado de la banda de valencia y el estado más bajo desocupado de la banda de conducción se denomina brecha de banda y es indicativa de la conductividad eléctrica de un material. Una brecha de banda grande significa que se necesita mucha energía para excitar los electrones de valencia a la banda de conducción. Por el contrario, cuando la banda de valencia y la banda de conducción se solapan, como ocurre en los metales, los electrones pueden saltar fácilmente entre las dos bandas (véase la figura 1), lo que significa que el material es altamente conductor.

La diferencia entre los conductores, los aislantes y los semiconductores puede demostrarse por el tamaño de su brecha de banda. Los aislantes se caracterizan por una gran brecha de banda, por lo que se requiere una cantidad prohibitiva de energía para mover los electrones fuera de la banda de valencia para formar una corriente. Los conductores tienen un solapamiento entre las bandas de conducción y de valencia, por lo que los electrones de valencia de estos conductores son esencialmente libres. Los semiconductores, por el contrario, tienen una pequeña brecha de banda que permite que una fracción significativa de los electrones de valencia del material se mueva a la banda de conducción dada una cierta cantidad de energía. Esta propiedad les confiere una conductividad entre los conductores y los aislantes, que es en parte la razón por la que son ideales para los circuitos, ya que no provocan un cortocircuito como un conductor. Esta brecha de banda también permite que los semiconductores conviertan la luz en electricidad en las células fotovoltaicas y que emitan luz como LEDs cuando se convierten en ciertos tipos de diodos. Ambos procesos dependen de la energía absorbida o liberada por los electrones que se mueven entre las bandas de conducción y valencia.