Nos materiais
semicondutores à
temperatura de zero
Kelvin (
zero absoluto), todos
elétrons encontram-se na banda de
valência. Neste estado o semicondutor tem características de um
isolante, i.e., não conduz
eletricidade. A medida que sua temperatura aumenta, os elétrons absorvem
energia passando para a
banda de condução. Esta "quantidade" de energia necessária para que o elétron efetue essa transição é chamada de
gap de energia (em
inglês band gap), ou
banda proibida. À medida que a temperatura do semicondutor aumenta, o número de elétrons que passam para a banda de condução também aumenta, passando o semicondutor a conduzir mais eletricidade, caso seja exposto a uma
diferença de potencial.
Para entendermos como se dá a condução elétrica em um semicondutor primeiramente precisamos entender como se comportam os átomos num
sólido. Dois
átomos separados possuem, cada um, seus estados de energia quantizados, conforme descreve a
mecânica quântica. Ao aproximarmos esses dois átomos suas funções de onda começam a se sobrepor. As camadas mais internas desses átomos são pouco influenciadas pela proximidade entre eles devido ao fato dos elétrons estarem mais ``presos" ao
núcleo. Entretanto as camadas mais externas são bastantes influenciadas pela
distância, fazendo com que as autofunções dos átomos se sobreponham, e, ao se sobrepor, os níveis de energia se modificam.
Um sólido é composto de vários átomos muito próximos um ao outro, de maneira que as autofunções de cada átomo influencia a do átomo vizinho. O efeito da aproximação faz com que os elétrons das camadas mais externas de um átomo compartilhem níveis de energia. Quando consideramos
átomos de uma mesma espécie, o efeito da proximidade faz com que seus níveis de energia se desdobrem vezes. A distância entre os átomos vai ser responsável pela sobreposição dos níveis de energia, sendo assim, devido ao grande número de átomos próximos num sólido, os níveis de energia vão ser tão próximos um do outro que na verdade parecerão uma
banda contínua de energia.