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 los electrones están normalmente presentes 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 debajo del nivel de Fermi, mientras que la banda de conducción se encuentra encima de él.
La distinción entre las bandas de valencia y conducción no tiene sentido en los metales, porque la conducción ocurre en una o más bandas parcialmente llenas que adquieren las propiedades de las bandas de valencia y conducción.
En semiconductores y aislantes las dos bandas están separadas por un intervalo de banda , mientras que en los conductores las bandas se superponen. Un intervalo de banda 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, el intervalo de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción es el intervalo de banda. [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.
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En los sólidos, la capacidad de los electrones para actuar como portadores de carga depende de la disponibilidad de estados electrónicos vacíos. 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.
Por tanto, la conductividad eléctrica de un sólido depende de su capacidad para hacer fluir electrones desde la banda de valencia a la de conducción. Por tanto, en el caso de un semimetal con una región de superposición, la conductividad eléctrica es alta. Si hay un pequeño intervalo de banda (E g ), entonces el flujo de electrones desde la banda de valencia a la de conducción solo es posible si se suministra una energía externa (térmica, etc.); estos grupos con un pequeño E g se denominan semiconductores . Si el E g es suficientemente alto, entonces el flujo de electrones desde la banda de valencia a la de conducción se vuelve insignificante en condiciones normales; estos grupos se denominan aislantes .
Sin embargo, los semiconductores tienen cierta conductividad debido a la excitación térmica: algunos 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 hueco que dejaron atrás en la banda de valencia. El hueco es un estado vacío que permite a los electrones en 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 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 la banda de conducción y/o valencia se desplazan a niveles de energía más altos por debajo de este límite de radio debido a transiciones ópticas discretas cuando el nanocristal semiconductor está restringido por el excitón. Como resultado de este desplazamiento de los bordes, el tamaño de la banda de conducción y/o valencia disminuye. Este desplazamiento de los bordes dependiente del tamaño de la banda de conducción y/o valencia puede proporcionar mucha información útil sobre el tamaño o la concentración de las nanopartículas semiconductoras o las estructuras de banda. [2]