En física del estado sólido , la banda de valencia y la banda de conducción son las bandas más cercanas al nivel de Fermi , y determinan así la conductividad eléctrica del sólido. En los no metales , la banda de valencia es el rango más alto de energías electrónicas en el que los electrones normalmente están presentes a temperatura del cero absoluto , mientras que la banda de conducción es el rango más bajo de estados electrónicos vacantes . En una gráfica de la estructura de bandas electrónicas de un material semiconductor, la banda de valencia se ubica por debajo del nivel de Fermi, mientras que la banda de conducción se ubica por encima de él.
La distinción entre las bandas de valencia y de conducción no tiene sentido en los metales, porque 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 los semiconductores y aisladores las dos bandas están separadas por una banda prohibida , mientras que en los conductores las bandas se superponen. Una banda prohibida es un rango de energía en un sólido donde no pueden existir estados electrónicos debido a la cuantificación de la energía. Dentro del concepto de bandas, la brecha de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción es la banda prohibida. [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.
.svg/1280px-Semiconductor_band_structure_(lots_of_bands_2).svg.png)
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 ) cuando se aplica un campo eléctrico . De manera similar, los huecos (estados vacíos) en la banda de valencia casi llena también permiten la conductividad.
Como tal, la conductividad eléctrica de un sólido depende de su capacidad para hacer fluir electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción. Por tanto, en el caso de un semimetal con una región de superposición, la conductividad eléctrica es alta. Si hay una banda prohibida pequeña (E g ), entonces el flujo de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción sólo es posible si se suministra energía externa (térmica, etc.); estos grupos con E g pequeños se llaman semiconductores . Si Eg es suficientemente alto, entonces el flujo de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción se vuelve insignificante en condiciones normales; estos grupos se llaman aislantes .
Sin embargo, existe cierta conductividad en los semiconductores. Esto se debe a la excitación térmica: algunos de los electrones obtienen suficiente energía para saltar la banda prohibida de una sola vez. Una vez que están en la banda de conducción, pueden conducir electricidad, al igual que el agujero 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 cambio de borde de la banda de conducción y/o valencia dependiente del tamaño es un fenómeno que se está estudiando en el campo de los nanocristales semiconductores . El límite del radio de aparición del nanocristal semiconductor es el radio de Bohr efectivo del nanocristal. Los bordes de las bandas de conducción y/o valencia cambian 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 de borde, el tamaño de la banda de conducción y/o valencia disminuye. Este desplazamiento del borde 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 la banda. [2]