Banda di conduzione

Figura 1. Un diagramma che mostra le bande di valenza e di conduzione degli isolanti, dei metalli e dei semiconduttori. Il livello di Fermi è il nome dato all’orbitale dell’elettrone occupato alla massima energia allo zero assoluto.

La banda di conduzione è la banda di orbitali elettronici in cui gli elettroni possono saltare dalla banda di valenza quando sono eccitati. Quando gli elettroni sono in queste orbite, hanno abbastanza energia per muoversi liberamente nel materiale. Questo movimento di elettroni crea una corrente elettrica. La banda di valenza è semplicemente l’orbitale elettronico più esterno di un atomo di qualsiasi materiale specifico che gli elettroni occupano effettivamente. La differenza di energia tra il più alto stato energetico occupato della banda di valenza e il più basso stato non occupato della banda di conduzione si chiama band gap ed è indicativa della conduttività elettrica di un materiale. Un grande band gap significa che è necessaria molta energia per eccitare gli elettroni di valenza verso la banda di conduzione. Al contrario, quando la banda di valenza e la banda di conduzione si sovrappongono come nei metalli, gli elettroni possono facilmente saltare tra le due bande (vedi Figura 1), il che significa che il materiale è altamente conduttivo.

Gli isolanti sono caratterizzati da un grande band gap, quindi è necessaria una quantità proibitiva di energia per spostare gli elettroni nella banda di conduzione per formare una corrente. I conduttori hanno una sovrapposizione tra la banda di conduzione e quella di valenza, quindi gli elettroni di valenza in tali conduttori sono essenzialmente liberi. I semiconduttori, d’altra parte, hanno un piccolo band gap che permette ad una frazione significativa degli elettroni di valenza del materiale di spostarsi nella banda di conduzione data una certa quantità di energia. Questa proprietà dà loro una conduttività tra i conduttori e gli isolanti, che è parte della ragione per cui sono ideali per i circuiti elettrici, poiché non causano un corto circuito come un conduttore. Questo gap di banda permette anche ai semiconduttori di convertire la luce in elettricità nelle celle fotovoltaiche e di emettere luce come LED quando sono fatti in certi tipi di diodi. Entrambi questi processi si basano sull’energia assorbita o rilasciata dagli elettroni che si muovono tra la banda di conduzione e quella di valenza.

Per ulteriori letture

Per ulteriori informazioni, vedi le pagine correlate qui sotto:

• Semiconduttore
• Metallo
• Cella fotovoltaica
• Adattatore da CA a CC
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