Valentieband
Van Wikipedia
Een valentieband is de hoogst met elektronen gevulde energieband. De elektronen bevinden zich in de stof in een toestand met bepaalde energie. Vanwege het Pauliprincipe kunnen er geen twee elektronen in de stof bestaan met dezelfde eigenschappen. Aangezien er miljarden atomen zitten in een vaste stof, verspreiden de elektronen zich over een band van energie. Ofwel, doordat de golffuncties van naburige atomen in een vaste stof met elkaar overlappen hebben de mogelijke energieniveaus van de stof de neiging om banden te vormen. Niet alle mogelijke energieniveau's "zijn toegestaan", daarom zit er tussen verschillende banden een band gap of energiekloof. Het niveau tot waar alle energieniveau's gevuld zijn met elektronen (bij 0 Kelvin) wordt het Fermi-niveau genoemd.
De hoogst ingenomen band is de valentieband. De eerste lege band daarboven staat bekend als de geleidingsband. Het scheidingsvlak tussen leeg en vol wordt het Fermi-niveau genoemd en bij halfgeleiders ligt dit niveau ergens in het midden van de kloof die de valentie- en geleidingsband scheidt. Onder deze omstandigheden is het materiaal goeddeels een elektrische isolator. Bij hogere temperaturen echter is de scheiding tussen vol en leeg niet helemaal scherp meer. Net als bij een zeespiegel die in beroering is zijn er wat druppels in de lucht en wat luchtbelletjes onder water, ofwel elektronen in de geleidingsband en gaten in de valentieband. Ook absorptie van licht van voldoende golflengte brengt een elektron van de ene in de andere band. Zowel de elektronen in de geleidingsband als de gaten in de valentieband geven aanleiding tot een zekere elektrische geleiding. Beide processen zijn des te eenvoudiger des te geringer de breedte van de verboden kloof.
Ook de aanwezigheid van kleine hoeveelheden onzuiverheden kan tot grotere geleiding voeren als de vreemde atomen een elektron minder tot de valentieband bijdragen dan de atomen van de gastheer. Dit leidt tot de permanente aanwezigheid van gaten in de valentie band. Men spreekt dan van een p-type halfgeleider.
Isolators hebben vaak een energiekloof die veel groter is dan de thermische energie van het elektron, terwijl bij halfgeleiders de kloof normaal gezien rond de 1-3 eV ligt. Een andere factor die bij het verschil tussen halfgeleider en isolator een rol speelt is de grootte van de correlatie energie van een enkele ladingsdrager met zijn buren tegenover de mate van delocalisatie van de dragers over het gehele kristal. In brede banden is de delocalisatie vaak zo groot dat een ladingsdrager zich vrijelijk door het rooster kan bewegen. Bij nauwere banden begint vaak de wisselwerking van de ladingsdragers onderling die bewegingsvrijheid te beperken en dit bevordert isolerend gedrag.
Bij metalen ligt het Fermi-niveau niet in de verboden energiekloof maar midden in een van de banden. Dit betekent dat vrijwel alle elektronen gemakkelijk in beweging te zetten zijn. Elektrische geleiding is het gevolg.
Bij halfmetalen is er geen verboden kloof, de geleidings- en de valentieband overlappen elkaar en laten zo vrije elektronen van de valentieband toe die band te verlaten en deel te nemen aan de geleiding.
