Valenzbandkante

Die Valenzbandkante ist die obere Grenze des Valenzbands in Festkörpern. Sie markiert die höchsten besetzten Elektronenzustände im Energiespektrum eines Materials bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Der Abstand zur Leitungsbandkante heißt Bandlücke Eg und bestimmt maßgeblich die elektrischen und optischen Eigenschaften von Halbleitern und Isolatoren.

In Kristallen hängt die Lage des Valenzbandmaximum vom Wellenzahlvektor k ab. In vielen Materialien liegt es an hochsymmetrischen Punkten des Brillouin-Zo­nes. Ein bekanntes Beispiel: In Silizium befindet sich das Valenzbandmaximum am Γ-Punkt, während das Leitungsbandminimum entlang der Δ-Linien nahe dem X-Punkt liegt, wodurch die Bandlücke indirekt ist.

Die Valenzbandkante ist eng verknüpft mit dem Lochtransport und mit optischen Übergängen. Ein Photon mit Energie größer oder gleich Eg kann ein Elektron vom Valenzband ins Leitungsband anheben, wodurch ein Loch im Valenzband entsteht. Durch Dotierung verschiebt sich der Fermi-Nullpunkt und der Ladungstransport wird entsprechend beeinflusst.

Experimentell wird die Valenzbandkante durch Photoemissionstechniken wie UPS oder ARPES bestimmt und gegenüber der Fermi-Energie oder der Vakuumebene eingeordnet. Theoretisch erfolgen Berechnungen mit DFT, GW und Modellen zur Bandoffset-Bestimmung in Heterostrukturen, um die relative Lage der Banden an Grenzflächen zu beschreiben.

Anwendungen liegen in der Halbleitertechnik, Photovoltaik und Optoelektronik. Die Position der Valenzbandkante beeinflusst Lochtransport, Kontaktierungseigenschaften und die Effizienz von Bauteilen wie Solarzellen oder LEDs. Sie ist damit ein zentraler Parameter bei Materialauswahl und Bauteil-Design.