11.18 : Teoria de Bandas

A teoria das bandas é semelhante a teoria orbital molecular e fornece um modelo para comportamento eletrônico nos sólidos. Recordemos que quando dois ou mais átomos se juntam para se tornarem uma molécula, as suas orbitais atómicas Sobrepõem-se para formar orbitais moleculares de níveis de energia discreta. Como o número de átomos na molécula aumenta, o mesmo acontece com o número de orbitais moleculares.

Os sólidos têm tipicamente um número excessivamente elevado de átomos, pelo que todo o sólido seria representado com um número excessivamente grande de orbitais moleculares espaçadas próximas. Como resultado, grupos de os orbitais moleculares estaren tão espaçados que eles poden ser pensado como um contínuo de gamas, ou faixas, de energia que os elétrons podem ocupar. Como orbitais moleculares, estas bandas são separadas por lacunas energéticas.

Se as lacunas forem demasiado grandes, os elétrons não os podem atravessar. Em condutores como o cobre, os elétrons de valência estão numa banda que também tem muitas orbitais vazias. Os elétrons de valência podem mover-se prontamente entre orbitais, permitindo o fluxo de elétrons livremente através do sólido.

Estes elétrons móveis são responsáveis pelo bom sistema elétrico de condutividade do sólido. Modelos de semicondutores e isoladores consideram duas bandas:a banda de valência, que é a de maior energia banda que contém elétrons no estado de terra, e a banda condutora, que é a banda logo acima a banda de valência. A banda de valência tem poucos a nenhuma orbita vazia, limitação da capacidade de valência elétrons para passar o sólido se não puderem alcançar as orbitais vazias da banda de condução.

Este é o comportamento visto em isoladores como o vidro, que têm uma grande diferença de energia, ou diferença de banda, entre a valência e bandas de condução. Os isoladores, portanto, exibem fraca condutividade elétrica. Se o intervalo da banda for pequeno, elétrons de valência podem ser entusiasmados para a banda condutora e circular livremente entre os orbitais vazios ali.

Os orbitais vazios que os elétrons excitados deixam para trás também facilitam para que os elétrons se movam dentro da banda de valência. Este é o comportamento visto em semicondutores como o silício, que são menos condutivas do que metais, mas mais condutivos do que os isoladores.