Leitungsband

Der Begriff Leitungsband gehört zum Bändermodell, mit dem die elektrische Leitfähigkeit von Materialien erklärt wird. Er bezeichnet das Energieband, das am absoluten Temperatur-Nullpunkt (T = 0 K) über dem höchsten mit Elektronen besetzten Energieband (Valenzband) liegt.[1]

Lage des Leitungsbandes (orange) bei verschiedenen Materialtypen;
VB=Valenzband, E_F=Fermi-Energie

Dabei kann es[1]

sich teilweise mit dem Valenzband überlagern (z. B. bei Natrium) und so teilweise besetzt sein (Metalle und Halbmetalle)
vom Valenzband durch die Bandlücke getrennt und daher unbesetzt sein (Halbleiter und Isolatoren).

Bedeutung beim Ladungstransport

Befinden sich Elektronen eines Materials im Leitungsband, so können sie aufgrund freier Energiezustände im Leitungsband leicht Energie aus einem elektrischen Feld aufnehmen. Sie bewegen sich gemäß dem Bloch-Theorem, vergleichbar freien Teilchen, als Quasiteilchen. Das Material ist daher elektrisch leitfähig.

Bei Halbleitern und Isolatoren ist das Leitungsband durch die Bandlücke vom Valenzband getrennt. Elektronen können diese nur durch äußere Energiezufuhr überwinden – durch thermische, kinetische oder photonische Anregung (siehe auch: photoelektrischer Effekt).

Die theoretische Berechnung aller Bänder kristalliner Festkörper erfolgt quantenmechanisch unter Anwendung des Bloch-Theorems, um die Elektronenzustände im periodischen Potenzial (dem der Atome im Festkörper) zu erhalten.

Einzelnachweise

Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik. 3: Atome, Moleküle und Festkörper. 4., überarbeitete Auflage. Springer Spektrum, Berlin Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-03911-9, S. 469.

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[Demtröder_2010_469-1] Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik. 3: Atome, Moleküle und Festkörper. 4., überarbeitete Auflage. Springer Spektrum, Berlin Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-03911-9, S. 469.