Valenzbands

Valenzbands, auch Valenzbanden genannt, bezeichnet in der Festkörperphysik die energetische Bandstruktur, die aus den valenzelektronen der Atome eines Kristalls resultiert. Durch die räumliche Periodizität der Kristallstruktur bilden sich aus den diskreten Atomorbitalen breite Bänder; das Valenzband ist typischerweise die höchste Band, die bei sehr niedrigen Temperaturen vollständig mit Elektronen besetzt ist.

In Isolatoren und Halbleitern ist das Valenzband durch eine Bandlücke vom benachbarten Leitungsband getrennt. Elektrische Anregung (thermisch oder durch Photonen) kann Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband heben, wodurch freie Ladungsträger entstehen. Die dadurch entstehenden Löcher im Valenzband verhalten sich als positive Ladungsträger. In Metallen kann das Valenzband teilweise gefüllt sein oder mit dem Leitungsband überlappen, wodurch Elektronen ohne äußere Anregung zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen.

Die konkrete Form und Breite des Valenzbands hängt von Kristallstruktur, chemischer Zusammensetzung und der Hybridisierung der Orbitale ab. Die Bandstruktur wird experimentell durch winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (ARPES) und optische Spektroskopie sowie theoretisch durch Dichtefunktionaltheorie beschrieben.

Dotierung verschiebt das Fermi-Niveau relativ zum Valenzband und verändert dessen Besetzung, was die elektrischen Eigenschaften maßgeblich beeinflusst.

Zusammengefasst definiert das Valenzband die gebundenen Elektronenhüllen in Festkörpern; seine Struktur bestimmt maßgeblich die Leitfähigkeit, das Verhalten in Halbleitern und die optischen Eigenschaften.