valence band

valence bandは、固体物理学や半導体工学における基礎的な概念であり、電子が充満しているエネルギー帯を指します。この帯域にある電子は通常、原子に束縛されており、自由に移動して電流を流すことはできません。しかし、外部から熱や光などのエネルギーが与えられることで、電子が上のエネルギー帯であるconduction band（伝導帯）へ飛び移ることで、電気伝導が可能になります。

伝導帯との関係性とエネルギーギャップ

valence bandとconduction bandの間には、電子が存在できない領域であるenergy gap（エネルギーギャップ）またはband gap（バンドギャップ）が存在します。このギャップの幅によって、物質が導体、半導体、あるいは絶縁体であるかが決まります。

導体：valence bandとconduction bandが重なっているか、あるいは非常に狭いため、電子が容易に移動できます。
半導体：ギャップが適度に狭く、特定の条件下で電子がvalence bandからconduction bandへ励起されます。
絶縁体：ギャップが非常に広く、通常の条件下では電子が移動できず、電気を通しません。

正孔という概念の重要性

valence bandにおいて重要なのは、電子が上の帯域へ移動した後に残される穴のような状態であるhole（正孔）です。この正孔は正の電荷を持っているかのように振る舞い、valence band内での電荷輸送を担います。半導体デバイスの動作を理解する際は、単に電子の動きだけでなく、このvalence bandにおける正孔の動きを合わせて考えることが不可欠です。