En definisjon av Valence Bands

En definisjon av Valence Bands


Kjemikere er avhengige av to ulike teorier om kjemisk binding, som begge oppsto i 1920-årene: valensbinding teori og molekylorbital teori. Molekylorbital teori er mer nyttig for beregninger, og er også bedre på å forklare noen av de fenomenene forskerne observerer i naturen. Det er spesielt nyttig for å forstå elektriske ledning i halvledere i form av valensbåndet, ledningsbåndet og band gap.

Molecular Orbital Theory

Når atomer danner bindinger til hverandre, de atomorbitalene av individuelle atomer kombineres for å danne molekylorbitalene som sprer seg over hele molekylet. Antallet molekylorbitalene dannet er lik antallet av atomorbitalene kombinert. Som to bølger, kan atomorbitalene forstyrre konstruktivt hvor de overlapper hverandre, og da de danner en bonding orbital som har lavere energi enn den opprinnelige ordningen. Alternativt kan de forstyrre destruktivt, i hvilket tilfelle de danner en anti-bindings orbital som har en høyere energi enn den opprinnelige anordning.

Molekylær Orbital i Solids

Molekylorbital teori behandler en skive av kobber metall og andre lignende faste stoffer som en gigantisk molekyl. Kombinasjonen av så mange atomorbitalene gir opphav til et meget stort antall tett plasserte molekylorbitalene. Forskjellen i energi mellom disse molekylorbitalene er liten nok til at de danner tilnærmet kontinuerlige bånd. De okkuperte molekylorbitalene danne Valence bandet, som ligger under høyere energi conduction band. Elektroner som har tilstrekkelig energi til å oppta ledningsbåndet kan bevege seg fritt i hele materialet.

Isolatorer og Dirigent

I en isolator, er Valence bandet skilt fra ledningsbåndet av en stor forskjell i energi kalt band gap. Eksiterer et elektron fra valensbåndet til ledningsbåndet vil ta en meget stor mengde energi; følgelig materialer av denne typen er meget dårlige ledere. I en god leder som kobbermetall, derimot, er valensbåndet og ledningsbåndet faktisk overlapper hverandre, slik at noen fraksjon av valens elektroner kan bevege seg fritt i hele metallet.

halvledere

Halvledere er en ganske unik situasjon. En halvleder har et båndgap, men bandet gap er mye mindre enn de som finnes i isolatorer. Oppvarming av halvleder faktisk øker ledningsevnen, siden noen elektroner kan være i stand til å nå ledningsbåndet. Doping av halvleder eller behandle den for å legge til urenheter tilføyer ytterligere energinivå på toppen av valensbåndet eller like under den ledningsbåndet. I det førstnevnte tilfelle, er de nye energinivåer er "hull" som kan romme flere elektroner, og halvleder kalles en p-type. I det sistnevnte tilfelle urenhetene donere elektroner til ytterligere halvleder, som kalles et n-type.