Geleidingsband

Figuur 1. Een diagram met de valentie- en geleidingsbanden van isolatoren, metalen en halfgeleiders. Het Fermi-niveau is de naam die wordt gegeven aan de hoogste energie bezette elektronenbaan bij het absolute nulpunt.

De geleidingsband is de band van elektronenbanen waarin elektronen bij opwinding vanuit de valentieband kunnen springen. Wanneer de elektronen zich in deze banen bevinden, hebben zij voldoende energie om zich vrij in het materiaal te bewegen. Deze beweging van elektronen creëert een elektrische stroom. De valentieband is eenvoudigweg de buitenste elektronenbaan van een atoom van een specifiek materiaal die elektronen daadwerkelijk bezetten. Het energieverschil tussen de hoogste bezette energietoestand van de valentieband en de laagste niet-bezette toestand van de geleidingsband wordt de bandkloof genoemd en is een aanwijzing voor het elektrisch geleidingsvermogen van een materiaal. Een grote bandkloof betekent dat er veel energie nodig is om valentie-elektronen te exciteren naar de geleidingsband. Omgekeerd, wanneer de valentieband en de geleidingsband elkaar overlappen, zoals bij metalen, kunnen elektronen gemakkelijk tussen de twee banden springen (zie figuur 1), wat betekent dat het materiaal zeer geleidend is.

Insulatoren worden gekenmerkt door een grote bandkloof, zodat een onbetaalbaar grote hoeveelheid energie nodig is om elektronen in de geleidingsband te brengen om een stroom te vormen. Geleiders hebben een overlapping tussen de geleidingsband en de valentieband, zodat de valentie-elektronen in dergelijke geleiders in wezen vrij zijn. Halfgeleiders daarentegen hebben een kleine bandkloof, waardoor een significante fractie van de valentie-elektronen van het materiaal naar de geleidingsband kan bewegen bij een bepaalde hoeveelheid energie. Deze eigenschap geeft hen een geleidingsvermogen tussen geleiders en isolatoren in, wat een van de redenen is waarom zij ideaal zijn voor elektrische circuits, aangezien zij geen kortsluiting veroorzaken zoals een geleider. Deze bandkloof maakt het ook mogelijk dat halfgeleiders licht omzetten in elektriciteit in fotovoltaïsche cellen en licht uitstralen als LED’s wanneer zij in bepaalde soorten diodes worden gemaakt. Beide processen berusten op de energie die wordt geabsorbeerd of afgegeven door elektronen die zich tussen de geleidings- en valentiebanden bewegen.

Voor verder lezen

Voor meer informatie zie de verwante pagina’s hieronder:

• Semiconductor
• Metaal
• Fotovoltaïsche cel
• AC naar DC adapter
• Of verken een willekeurige pagina!