Banda de valență

Figura 1. O diagramă care prezintă benzile de valență și de conducție ale izolatorilor, metalelor și semiconductorilor. Nivelul Fermi este denumirea dată orbitalului electronic ocupat cu cea mai mare energie la zero absolut.

Banda de valență este banda de orbitali electronici din care electronii pot sări, trecând în banda de conducție atunci când sunt excitați. Banda de valență este pur și simplu orbitalul electronic cel mai exterior al unui atom din orice material specific pe care electronii îl ocupă efectiv. Aceasta este strâns legată de ideea de electron de valență.

Diferența de energie dintre cea mai înaltă stare de energie ocupată a benzii de valență și cea mai joasă stare neocupată a benzii de conducție se numește bandă interzisă și este indicativă pentru conductivitatea electrică a unui material. O bandă interzisă mare înseamnă că este nevoie de o cantitate mare de energie pentru a excita electronii de valență în banda de conducție. Dimpotrivă, atunci când banda de valență și banda de conducție se suprapun, așa cum se întâmplă în cazul metalelor, electronii pot sări cu ușurință între cele două benzi (a se vedea figura 1), ceea ce înseamnă că materialul este foarte conductiv.

Diferența dintre conductori, izolatori și semiconductori poate fi arătată prin cât de mare este banda interzisă a acestora. Izolatorii sunt caracterizați de o bandă interzisă mare, astfel încât este necesară o cantitate prohibitivă de energie pentru a muta electronii din banda de valență pentru a forma un curent. Conductoarele au o suprapunere între benzile de conducție și de valență, astfel încât electronii de valență din astfel de conductoare sunt în esență liberi. Semiconductorii, pe de altă parte, au o bandă interzisă mică care permite ca o fracțiune semnificativă a electronilor de valență din material să se deplaseze în banda de conducție, având în vedere o anumită cantitate de energie. Această proprietate le conferă o conductivitate între conductori și izolatori, ceea ce reprezintă o parte din motivul pentru care sunt ideali pentru circuite, deoarece nu vor provoca un scurtcircuit ca un conductor. Această bandă interzisă permite, de asemenea, semiconductorilor să convertească lumina în electricitate în celulele fotovoltaice și să emită lumină sub formă de LED-uri atunci când sunt transformate în anumite tipuri de diode. Ambele procese se bazează pe energia absorbită sau eliberată de electronii care se deplasează între benzile de conducție și de valență.