Полезен начин за визуализиране на разликата между проводници, изолатори и полупроводници е извличането на наличните енергии на електроните в материала. Вместо да имат дискретни енергии, както при свободните атоми, наличните енергийни състояния образуват ивици. Съществуването на електрони в проводимата зона е от решаващо значение за процеса на проводимост. В изолаторите електроните във валентната зона са отделени от проводимата зона с голяма забранена лента. В проводници като метали валентната лента припокрива зоната на проводимост, а в полупроводниците има достатъчно малка лентова междина между валентната и проводимата ленти, така че електроните да могат да я прескачат от топлина или друг вид възбуждане. При такива малки пропуски, наличието на малък процент легиращ материал значително увеличава проводимостта.

Важен параметър в теорията на лентите е нивото на Ферми, максималното ниво на електронната енергия, достъпно при ниски температури. Положението на нивото на Ферми спрямо проводимостта е основен фактор за определяне на електрическите свойства.

теория
Подробен изглед на лентитеЗависимост на забранената лента от интратумно разстояние
Индекс

Кликнете върху която и да е част за повече информация.

Зависимост на забранената лента от интратумно разстояние
Индекс

Повечето твърди вещества са изолатори и по отношение на лентовата теория на твърдите вещества това означава, че има голяма забранена празнина между енергиите на валентните електрони и енергията, при която електроните могат да се движат свободно през материала (движещата лента).

Стъклото е изолационен материал, който може да бъде прозрачен за видима светлина, поради причини, тясно свързани с неговата природа като електрически изолатор. Фотоните с видима светлина нямат достатъчно квантова енергия, за да заобиколят забранената лента и повдигат електроните до наличното енергийно ниво в проводимата лента. Свойствата на видимост на стъклото също могат да дадат представа за ефектите от „легирането“ върху свойствата на твърдите вещества. Много малък процент примесни атоми в стъклото могат да го оцветят, като осигурят специфичните нива на наличната енергия, които абсорбират определени цветове на видимата светлина. Например минералът рубен (корунд) е алуминиев оксид с малко количество (около 0,05%) хром, което му придава характерния розов или червен цвят, поради поглъщането на зелена светлина и синьо.

Докато легирането на изолатори може драстично да промени техните оптични свойства, не е достатъчно да се преодолее голямата междинна междина, за да се превърнат в добри проводници на електричество. Полупроводниковият допинг обаче има много по-изразен ефект върху тяхната електропроводимост и е в основата на електрониката в твърдо състояние.

Във вътрешните полупроводници като силиций и германий нивото на Ферми е по същество на половината път между валентните и проводимите ленти. Въпреки че проводимостта не се проявява при 0єK, при по-високи температури ограничен брой електрони могат да достигнат проводимата зона и да осигурят известен ток. В легиран полупроводник се добавят допълнителни нива на енергия.

Увеличението на проводимостта с температура може да се моделира по отношение на функцията на Ферми, която позволява да се изчисли популацията на проводимостта.

По отношение на теорията на лентите в твърдите тела, металите са уникални като добри проводници на електричество. Това може да се разглежда като резултат от това, че валентните му електрони са по същество свободни. В теорията на зоните това се очертава като припокриване на валентната лента с проводимостта, така че поне малка част от валентните електрони може да се движи през материала.