Ein Leitungsband oder Leitungsniveau ist ein Halbleiter-Energieband, in dem Elektronen innerhalb eines Festkörpers frei fließen können, was zu einem Nettotransport von Ladung führt. Bei Anregung können Elektronen vom Valenzband in das Band der Elektronenorbitale, das sogenannte Leitungsband, wandern.
Die Elektronen verfügen in diesen Orbitalen über genügend Energie, um sich frei in der Substanz zu bewegen. Elektrische Strom wird durch diese Bewegung der Elektronen erzeugt. Das äußerste Elektronenorbital, das Elektronen in einem Atom eines bestimmten Materials tatsächlich bewohnen, wird als Valenzband bezeichnet.
Was ist die Bandlücke?
Die Bandlücke, ein Maß für die elektrische Leitfähigkeit eines Materials, ist die Energiedifferenz zwischen der niedrigste unbesetzte Zustand des Leitungsbandes und das niedrigste besetzte Energieniveau des Valenzbandes.
Es erfordert viel Energie, Valenzelektronen in das Leitungsband anzuregen, wenn die Bandlücke groß ist. Andererseits gilt ein Material als hoch leitend wenn sich Valenzband und Leitungsband überlappen, wie es bei Metallen der Fall ist.
Da Isolatoren eine große Bandlücke haben, ist eine unverhältnismäßig hohe Energiemenge erforderlich, um Elektronen in das Band zu verschieben und einen Strom zu erzeugen. Die Valenzelektronen in Leitern sind praktisch frei weil sich in diesen Materialien die Leitungs- und Valenzbänder überlappen.
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Halbleiter hingegen verfügen über eine schmale Bandlücke, die es bei einem bestimmten Energieniveau einem erheblichen Teil der Valenzelektronen des Materials ermöglicht, in das Leitungsband zu fließen.
Aufgrund dieser Eigenschaft weisen sie eine Leitfähigkeit auf, die zwischen der von Leitern und Isolatoren liegt, was zu ihrer Eignung für Stromkreise beiträgt, da sie im Gegensatz zu Leitern keinen Kurzschluss verursachen.
Diese Bandlücke ermöglicht Halbleitern die Herstellung von LEDs bei der Herstellung bestimmter Dioden und zur Umwandlung von Licht in Strom in Solarzellen. Beide Verfahren basieren auf der Energie, die Elektronen beim Übergang zwischen Leitungs- und Valenzband aufnehmen oder abgeben.
