valenssivyöhykkeestä

Valenssivyöhyke on käsite kiinteässä olomuodossa olevien aineiden, erityisesti puolijohteiden, sähköisistä ominaisuuksista. Se kuvaa energiamäärää, jonka elektroni voi aineessa omata. Kun materiaalit muodostavat kiteisen rakenteen, atomien ulkoelektronit muodostavat laajoja energiatasoja, jotka ryhmittyvät vyöhykkeiksi.

Valenssivyöhyke on energian aluetta, jossa elektronit ovat sidoksissa yksittäisiin atomeihin. Nämä elektronit ovat yleensä vastuussa materiaalin kemiallisista ominaisuuksista. Valenssivyöhykkeen yläpuolella on tyhjä tai osittain täyttynyt vyöhyke, jota kutsutaan johtavuusvyöhykkeeksi. Johtavuusvyöhykkeessä olevat elektronit voivat liikkua vapaasti materiaalin läpi, mahdollistaen sähkön johtamisen.

Valenssivyöhykkeen ja johtavuusvyöhykkeen välistä energiaeroa kutsutaan kielletyksi vyöhykkeeksi tai energiaväliksi. Kielletyn vyöhykkeen koko määrittää materiaalin sähköisen johtavuuden. Johteissa valenssivyöhyke ja johtavuusvyöhyke limittyvät tai ovat hyvin lähellä toisiaan, mikä mahdollistaa helpon sähkönjohtavuuden. Eristeissä kielletty vyöhyke on suuri, mikä vaikeuttaa elektronien siirtymistä valenssivyöhykkeeltä johtavuusvyöhykkeelle ja estää sähkönjohtavuutta. Puolijohteissa kielletty vyöhyke on kohtalaisen kokoinen, ja sähkönjohtavuutta voidaan säädellä esimerkiksi lämpötilan tai epäpuhtauksien avulla. Valenssivyöhykkeen ja johtavuusvyöhykkeen vuorovaikutus ja välinen energiaero ovat keskeisiä ymmärrettäessä materiaalien toimintaa elektronisissa komponenteissa.