Ledningsbånd

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

Ledningsbåndet er det bånd af elektronorbitaler, som elektroner kan hoppe op i fra valensbåndet, når de er exciterede. Når elektronerne befinder sig i disse orbitaler, har de energi nok til at bevæge sig frit i materialet. Denne bevægelse af elektroner skaber en elektrisk strøm. Valensbåndet er simpelthen den yderste elektronorbital i et atom af et bestemt materiale, som elektronerne faktisk indtager. Energiforskellen mellem den højest besatte energitilstand i valensbåndet og den laveste ubesatte tilstand i ledningsbåndet kaldes båndgabet og er et udtryk for et materiales elektriske ledningsevne. En stor båndkløft betyder, at der skal meget energi til for at få valenselektroner til at gå over i ledningsbåndet. Når valensbåndet og ledningsbåndet derimod 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.

Insulatorer er kendetegnet ved et stort båndgab, så der kræves en uoverkommelig stor mængde energi for at flytte elektroner over i ledningsbåndet 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 elektriske 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.

For yderligere læsning

For yderligere oplysninger henvises til de relaterede sider nedenfor:

• Halvleder
• Metal
• Fotovoltaiske celler
• AC til DC-adapter
• Og udforsk en tilfældig side!