Las bandas de valencia y conducción no tienen nada que ver con el llenado de orbitales atómicos. Realmente tienen que ver con el material en su conjunto, generalmente considerado como un gran cristal 3D. Tienen que ver con los niveles de energía disponibles para un electrón, como una partícula cargada en una gran matriz regular de átomos / iones / moléculas. Estos siguen siendo niveles de energía discretos, pero están tan cerca uno del otro, energéticamente, que se llaman bandas. La banda más baja se llama banda de valencia. La banda de conducción puede solaparse total o parcialmente con ella, o puede haber una brecha de energía entre ellas. Se dice que los electrones de mayor energía en el sólido están en el nivel de Fermi.
Si el material es un aislante, esto nos dice que no hay electrones en la banda de conducción, y también que no hay forma de que los electrones cambien su estado, en la banda de valencia. Hay una gran brecha de energía entre las dos bandas. Por lo tanto, el nivel de Fermi debe estar en la parte superior de la banda de valencia, que debe llenarse.
Si el material es un buen conductor, entonces la banda de conducción debe superponerse completamente a la banda de valencia, convirtiendo los electrones de valencia en electrones de conducción. O bien, podría considerar que la banda más alta de un conductor está parcialmente llena, de modo que hay muchos estados vacíos en los que los electrones más externos pueden moverse, convirtiéndolos en electrones de conducción.
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Si la banda de conducción se solapa parcialmente con la banda de valencia, esto da lugar a un elemento metaloide, como el boro y el arsénico, que tienen propiedades entre metales y no metales.
Crucialmente, si la brecha de energía es pequeña, mientras que la banda de valencia está llena, si un electrón puede ganar energía, de alguna manera, puede saltar a la banda de conducción y conducir electricidad. Este es el estado de los semiconductores, el más utilizado es el silicio. Los átomos de silicio forman un gran cristal unido covalentemente, que se parece a la estructura del diamante. Todos sus 4 electrones en su tercera capa externa se usan para hacer enlaces covalentes, por lo que no queda ninguno para la conducción. A bajas temperaturas, tiene un aspecto opaco y es un conductor muy pobre. Pero, a temperatura ambiente, se ve brillante y su conductividad eléctrica se produce a medio camino entre el azufre y el cobre (logarítmicamente). Entonces, algunos de sus electrones de la tercera capa han sido forzados a la banda de conducción, por medio de energía térmica superior al promedio. Su conductividad aumenta con la temperatura, lo que confirma esta teoría.
El silicio puede ser aún más útil cuando está dopado con átomos de impurezas, que actúan como donantes o aceptores de electrones, y puede aumentar su conductividad 10,000 veces. Luego se puede utilizar para hacer una serie de dispositivos importantes, desde LED y diodos, hasta transistores y sensores electrónicos.
