Bande de valence

Figure 1. Un diagramme montrant les bandes de valence et de conduction des isolants, des métaux et des semi-conducteurs. Le niveau de Fermi est le nom donné à l’orbitale électronique occupée de plus haute énergie au zéro absolu.

La bande de valence est la bande des orbitales électroniques dont les électrons peuvent sauter, passant dans la bande de conduction lorsqu’ils sont excités. La bande de valence est simplement l’orbitale électronique la plus externe d’un atome de tout matériau spécifique que les électrons occupent réellement. Ceci est étroitement lié à l’idée de l’électron de valence.

La différence d’énergie entre l’état d’énergie occupé le plus élevé de la bande de valence et l’état inoccupé le plus bas de la bande de conduction est appelée bande interdite et est indicative de la conductivité électrique d’un matériau. Une bande interdite importante signifie qu’une grande quantité d’énergie est nécessaire pour exciter les électrons de valence vers la bande de conduction. À l’inverse, lorsque la bande de valence et la bande de conduction se chevauchent comme c’est le cas dans les métaux, les électrons peuvent facilement sauter entre les deux bandes (voir la figure 1), ce qui signifie que le matériau est hautement conducteur.

La différence entre les conducteurs, les isolants et les semi-conducteurs peut être montrée par la taille de leur bande interdite. Les isolants sont caractérisés par une grande bande interdite, de sorte qu’une quantité prohibitive d’énergie est nécessaire pour déplacer les électrons hors de la bande de valence afin de former un courant. Les conducteurs ont un chevauchement entre les bandes de conduction et de valence, de sorte que les électrons de valence dans ces conducteurs sont essentiellement libres. Les semi-conducteurs, quant à eux, ont une petite bande interdite qui permet à une fraction significative des électrons de valence du matériau de se déplacer dans la bande de conduction pour une certaine quantité d’énergie. Cette propriété leur confère une conductivité entre les conducteurs et les isolants, ce qui explique en partie pourquoi ils sont idéaux pour les circuits, car ils ne provoqueront pas de court-circuit comme un conducteur. Cette bande interdite permet également aux semi-conducteurs de convertir la lumière en électricité dans les cellules photovoltaïques et d’émettre de la lumière sous forme de diodes électroluminescentes lorsqu’ils sont fabriqués dans certains types de diodes. Ces deux processus reposent sur l’énergie absorbée ou libérée par les électrons se déplaçant entre les bandes de conduction et de valence.