نوارهای هدایت و ظرفیت

در فیزیک حالت جامد، نوار ظرفیت و نوار هدایت ( به انگلیسی: Valence and conduction bands ) باندهایی نزدیک به تراز فرمی هستند و در نتیجه تعیین کنندهٔ میزان هدایت الکتریکی در جامدها هستند. نوار ظرفیت بالاترین گستره از انرژی الکترون است که در آن جا در دمای صفر مطلق الکترون ها به طور معمول وجود دارند. در نیمه رساناها و نارساناها نواری با انرژی بالاتر وجود دارد که به آن نوار هدایت می گویند و توسط نوار ممنوعه از نوار ظرفیت جدا می شود. در شبه فلزات نوار ممنوعه وجود ندارد. در واقع فاصله ای بین نوار ظرفیت و نوار هدایت موجود نیست. باند هدایت کمترین گستره از حالت های خالی الکترونی است. در نمودار نظریهٔ نوارهای یک ماده، نوار ظرفیت در زیر سطح فرمی قرار گرفته است، در حالی که باند هدایت در بالای آن واقع شده است. این تمایز در فلزها البته بی معنی است زیرا که بالاترین باند در مورد فلزها همیشه تا اندازه ای پر است، در نتیجه جانشین ویژگی های هر دوی نوار ظرفیت و باند انتقال است.
به این ترتیب، رسانایی الکتریکی یک جامد به توانایی آن در به جریان انداختن الکترون ها از باند ظرفیت به باند هدایت بستگی دارد. علت کم بودن هدایت الکتریکی در نارساناها و نیمه رساناها به خصوصیات باند هدایت آن ها برمی گردد. در این مواد نوار هدایت به طور کامل پر شده است و هیچ فضای خالی ( یا سطح انرژی اشغال نشده ) وجود ندارد. در نتیجه هنگام اعمال میدان الکتریکی، الکترونها نمی توانند شتاب گرفته و با افزایش انرژی خود شروع به حرکت کنند.
در نیمه رساناها که گاه هدایت الکتریکی دیده می شود به این دلیل است که تعدادی از الکترون های نوار ظرفیت آن قدر انرژی بدست می آورند ( مثلاً انرژی حرارتی ) که می توانند از نوار ممنوعه عبور کرده و به نوار هدایت بروند. در این حالت هم الکترون هایی که در نوار هدایت هستند و هم حفره هایی که در نوار ظرفیت ایجاد شده اند می توانند هدایت الکتریکی را سبب شوند. در فلزات باند ظرفیت کاملاً پر نشده و الکترون ها می توانند به راحتی حرکت کنند. در واقع نوار هدایت یا باند هدایت نواری است که از نوار ظرفیت، الکترون می پذیرد. [ ۱] حامل های بار منفی، الکترون هایی هستند که انرژی کافی برای فرار از نوار ظرفیت و پرش به نوار هدایت را داشته اند. آن ها آزادانه در سراسر شبکهٔ کریستالی حرکت می کنند و به طور مستقیم در رسانا سازی نیمه هادی نقش دارند. حامل های بار مثبت، حفره ها هستند. حضور یک حفره اشاره به این واقعیت است که در باند جایی برای یک الکترون ( یعنی منفی حامل بار ) وجود دارد در حالی که الکترون ثابتی در آن مکان خاص وجود ندارد. از آن جا که الکترون پتانسیل آن را دارد که وجود داشته باشد و در عین حال وجود نداشته باشد، از حفره به عنوان حامل مثبت شارژ هم یاد شده است.