Les chimistes reposent sur deux théories différentes de liaison chimique, qui tous deux originaires dans les années 1920: la théorie de la liaison de valence et théorie des orbitales moléculaires. théorie des orbitales moléculaires est plus utile pour les calculs et est également mieux expliquer certains phénomènes scientifiques observent dans la nature. Il est particulièrement utile pour la compréhension de la conduction électrique dans les semi-conducteurs en termes de l'écart bande de valence, la bande de conduction et de la bande.
Molecular Orbital Theory
Quand les atomes forment des liaisons à l'autre, les orbitales atomiques des atomes individuels se combinent pour former des orbitales moléculaires qui se propagent sur toute la molécule. Le nombre d'orbitales moléculaires formés est égal au nombre des orbitales atomiques combinées. Comme deux vagues, les orbitales atomiques peuvent interférer de manière constructive où ils se chevauchent, auquel cas ils forment une liaison orbitale qui a une énergie inférieure à la disposition originale. Alternativement, ils peuvent interférer de façon destructive, auquel cas ils forment un antiliante orbitale qui a une énergie supérieure à l'entente initiale.
Orbital moléculaire dans les solides
théorie des orbitales moléculaires traite une plaque de cuivre métallique et d'autres solides semblables à une molécule géante. La combinaison de tant d'orbitales atomiques donne lieu à un très grand nombre d'orbitales moléculaires étroitement espacées. La différence d'énergie entre ces orbitales moléculaires est assez petits pour qu'ils forment des bandes quasi continues. Les orbitales moléculaires occupées forment la bande de valence, qui se trouve en dessous de la bande de conduction d'énergie supérieure. Electrons qui ont une énergie suffisante pour occuper la bande de conduction peut se déplacer librement dans tout le matériau.
Isolants et chef d'orchestre
Dans un isolant, la bande de valence est séparée de la bande de conduction par une grande différence d'énergie appelée la bande interdite. Exciting un électron de la bande de valence à la bande de conduction prendrait une très grande quantité d'énergie; par conséquent, les matériaux de ce genre sont très mauvais conducteurs. Dans un bon conducteur comme le métal de cuivre, en revanche, la bande de valence et la bande de conduction se chevauchent effectivement, donc une certaine fraction des électrons de valence peut se déplacer librement à travers le métal.
Semi-conducteurs
Semi-conducteurs sont une situation plutôt unique. Un semi-conducteur a une largeur de bande, mais l'écart de bande est beaucoup plus petite que celles trouvées dans les isolants. Le chauffage du semi-conducteur augmente en fait sa conductivité, étant donné que certains électrons peuvent être en mesure d'atteindre la bande de conduction. Le dopage des semi-conducteurs ou de les traiter pour ajouter des impuretés ajoute des niveaux d'énergie supplémentaire dans la partie supérieure de la bande de valence ou juste au-dessous de la bande de conduction. Dans le premier cas, les nouveaux niveaux d'énergie sont des "trous" qui peuvent accueillir des électrons supplémentaires, et le semi-conducteur est appelé un type p. Dans ce dernier cas, les impuretés supplémentaires donnent des électrons à semi-conducteur, qui est appelé un type n.