نظرية الحزم Band Theory

حزم الطاقة عدد من الطاقات التي يمكن للإلكترون أن يمتلكها في المادة الصلبة .ففي الذرة الوحيدة توجد الإلكترونات في مستويات طاقة محددة .أما في البلورة حيث عدد هائل من الذرات تكون مرتبطة مع بعضها البعض في الشبكة فإن الإلكترونات تتأثر بعدد من الأنوية المحيطة بها و بالتالي تصبح مستويات الذرات المحددة جدا حزما للطاقة المسموحة و هذا المفهوم لمستويات الطاقة يعرف بنظرية الحزمة .فكل حزمة تمثل عدد هائل من المستويات الكمية .بين تلك الحزم توجد الحزم الحاجزة .الإلكترونات الخارجية للذرات ( أي تلك المسئولة عن الترابط الكيميائي ) تكون حزمة التكافؤ في للمادة الصلبة . وهذه الحزمة لها أعلى طاقة . فتركيب الحزمة في المواد الصلبة يشير إلى خصائصها الإلكترونية . و من أجل التحرك خلال المادة الصلبة يجب على الإلكترونات أن تنتقل من مستوى كمي لأخر .وهذا يحدث فقط إذا وجدت مستويات فارغة قريبه من الإلكترونات ، و عموما إذا كانت حزمة التكافؤ ممتلئة فإن الإلكترونات لا تستطيع ان تنتقل إلى مستوى جديد في نفس الحزمة و لكي يحدث ذلك يجب أن تكون الإلكترونات في حزمة غير ممتلئة تعرف بحزمة التوصيل . فالفلزات جيدة التوصيل للتيار الكهربائي إما لأن حزمة التكافؤ و حزمة التوصيل نصف ممتلئة أو لأن حزمة التوصيل تتداخل مع حزمة التكافؤ و في كلا الحالتين تتوفر حالات الفراغ . في المواد العازلة تفصل حزمة التكافؤ عن حزمة التوصيل بحزمة حاجزة واسعة و بالتالي لا تمتلك الإلكترونات طاقة كافية “للقفز” من مستوى لآخر . و لكن في أشباه الموصلات تكون الحزمة الحاجزة ضيقة بحيث عند درجات الحرارة الطبيعية تستطيع الإلكترونات الموجودة في مستوي التكافؤ أن تنتقل إلى مستوى آخر عن طريق تحفيز حراري و لكن عند الصفر المطلق تصبح أشباه الموصلات مواد عازلة .