Valensband

Figur 1. Ett diagram som visar valens- och konduktionsbanden hos isolatorer, metaller och halvledare. Fermi-nivån är benämningen på den högst energimässigt ockuperade elektronbanan vid den absoluta nollpunkten.

Valensbandet är det band av elektronorbitaler som elektroner kan hoppa ut ur och flytta in i ledningsbandet när de är exciterade. Valensbandet är helt enkelt den yttersta elektronorbital i en atom av ett visst material som elektroner faktiskt upptar. Detta är nära besläktat med idén om valenselektronen.

Energidifferensen mellan det högst ockuperade energitillståndet i valensbandet och det lägsta oockuperade tillståndet i konduktionsbandet kallas bandgapet och är vägledande för ett materials elektriska ledningsförmåga. En stor bandgap innebär att det krävs mycket energi för att excitera valenceelektroner till ledningsbandet. Omvänt, när valensbandet och konduktionsbandet överlappar varandra, vilket de gör i metaller, kan elektroner lätt hoppa mellan de två banden (se figur 1), vilket innebär att materialet har hög ledningsförmåga.

Skillnaden mellan ledare, isolatorer och halvledare kan visas med hjälp av hur stor deras bandgap är. Isolatorer kännetecknas av ett stort bandgap, så det krävs en oöverkomligt stor mängd energi för att flytta elektroner ur valensbandet för att bilda en ström. Ledare har en överlappning mellan lednings- och valensbanden, så valenselektronerna i sådana ledare är i princip fria. Halvledare, å andra sidan, har ett litet bandgap som gör det möjligt för en betydande del av materialets valenceelektroner att förflytta sig in i ledningsbandet givet en viss mängd energi. Denna egenskap ger dem en ledningsförmåga mellan ledare och isolatorer, vilket är en del av anledningen till att de är idealiska för kretsar eftersom de inte orsakar en kortslutning som en ledare. Detta bandgap gör också att halvledare kan omvandla ljus till elektricitet i solceller och avge ljus som lysdioder när de tillverkas i vissa typer av dioder. Båda dessa processer bygger på den energi som absorberas eller frigörs av elektroner som rör sig mellan lednings- och valensbanden.