Bandas de valencia y de conducción

En física del estado sólido , la banda de valencia y la banda de conducción son las bandas más cercanas al nivel de Fermi y, por lo tanto, determinan la conductividad eléctrica del sólido. En los no metales , la banda de valencia es el rango más alto de energías electrónicas en el que normalmente se encuentran los electrones a temperatura de cero absoluto , mientras que la banda de conducción es el rango más bajo de estados electrónicos vacantes . En un gráfico de la estructura de bandas electrónicas de un material semiconductor, la banda de valencia se encuentra por debajo del nivel de Fermi, mientras que la banda de conducción se encuentra por encima.

En los metales, la distinción entre las bandas de valencia y de conducción carece de sentido, ya que la conducción se produce en una o más bandas parcialmente llenas que adquieren las propiedades tanto de la banda de valencia como de la de conducción.

En semiconductores y aislantes, las dos bandas están separadas por una brecha de energía , mientras que en conductores se superponen. Una brecha de energía es un rango de energía en un sólido donde no pueden existir estados electrónicos debido a la cuantización de la energía. Dentro del concepto de bandas, la brecha de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción es la brecha de energía. ^{[ 1 ]} La conductividad eléctrica de los no metales está determinada por la susceptibilidad de los electrones a ser excitados desde la banda de valencia a la banda de conducción.

Estructura de bandas de semiconductores Consulte conducción eléctrica y semiconductores para obtener una descripción más detallada de la estructura de bandas.

En los sólidos, la capacidad de los electrones para actuar como portadores de carga depende de la disponibilidad de estados electrónicos vacantes. Esto permite que los electrones aumenten su energía (es decir, se aceleren ) al aplicar un campo eléctrico . De manera similar, los huecos (estados vacíos) en la banda de valencia casi llena también permiten la conductividad.

Por lo tanto, la conductividad eléctrica de un sólido depende de su capacidad para permitir el flujo de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción. En consecuencia, en el caso de un semimetal con una región de solapamiento, la conductividad eléctrica es alta. Si existe una brecha de banda pequeña (E _g ), el flujo de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción solo es posible si se suministra energía externa (térmica, etc.); estos grupos con E _g pequeña se denominan semiconductores . Si E _g es suficientemente alta, el flujo de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción se vuelve insignificante en condiciones normales; estos grupos se denominan aislantes .

Sin embargo, los semiconductores presentan cierta conductividad. Esto se debe a la excitación térmica: algunos electrones adquieren la energía suficiente para saltar la banda prohibida de una sola vez. Una vez en la banda de conducción, pueden conducir electricidad, al igual que el hueco que dejaron en la banda de valencia. El hueco es un estado vacío que permite a los electrones de la banda de valencia cierto grado de libertad.

El desplazamiento de los bordes de la banda de conducción y/o valencia, dependiente del tamaño, es un fenómeno que se estudia en el campo de los nanocristales semiconductores . El límite de radio para la aparición del nanocristal semiconductor es su radio de Bohr efectivo . Los bordes de la banda de conducción y/o valencia se desplazan a niveles de energía más altos bajo este límite de radio debido a transiciones ópticas discretas cuando el nanocristal semiconductor está restringido por el excitón. Como resultado de este desplazamiento, el tamaño de la banda de conducción y/o valencia disminuye. Este desplazamiento de los bordes de la banda de conducción y/o valencia, dependiente del tamaño, puede proporcionar mucha información útil sobre el tamaño o la concentración de las nanopartículas semiconductoras o las estructuras de bandas. ^{[ 2 ]}

• Conducción eléctrica para obtener más información sobre la conducción en sólidos y otra descripción de la estructura de bandas.
• mar de Fermi
• HOMO/LUMO
• Semiconductores para una explicación completa de la estructura de bandas de los materiales.
• Valleytronics

• Calculadora de energía de banda prohibida directa