بنية نطاق إلكتروني
في فيزياء الجوامد يكون نطاق الطاقة هو مدى متصل من قيم الطاقة التي يمكن أو التي لا يمكن أن يمتلكها الإلكترون. ويمكن لهذه النطاقات أن تكون "نطاقات محرمة" (لو أن الإلكترون يمكن أن يشغلها) أو "نطاقات مسموحة" (لو أن الإلكترونات يمكن أن تشغلها).
يحدد نطاق الطاقة للمادة العديد من خصائصها الكيميائية والفيزيائية خاصة تلك التي تتعلق ببنيتها البللورية وخصائصها البصرية.
المفاهيم الأساسية
لأي مادة صلبة العديد من نطاقات الطاقة. نظريا فإنه من الممكن للذرة أن تمتلك عدد لا نهائي من مستويات الطاقة، إلا أن معظم هذه المستويات يقع في مستويات للطاقة تكون عالية بحيث إذا وصل إليها أي إلكترون فإنه سوف يهرب من المادة الصلبة، ولهذا فإن هذه النطاقات لا تأخذ بعين الاعتبار. لكل نطاق عرض نطاق مختلف حسب المدار الذري الذي تنتمي إليه، وقد تتراكب هذه النطاقات منتجة نطاق وحيد كبير. يظهر الشكل 1 شكل مبسط لنطاقات الطاقة في المواد الصلبة التي تعرف ثلاث أنواع من المواد، معادن وأنصاف نواقل وعوازل. يكون للمعادن نطاق يكون جزئيا فارغ وجزئيا ممتلئ بغض النظر عن درجة الحرارة، ولهذا يكون لها ناقلية عالية.
أما المواد الصلبة الأخرى (عوازل أو أنصاف نواقل) فيكون فيها النطاق السفلي المشغول بالكامل بالإلكترونات، يدعى هذه النطاق باسم "نطاق التكافؤ" (valence band) وتدعى الإلكترونات التي تشغل هذا النطاق باسم "إلكترونات التكافؤ" (valence electrons). أما النطاق العلوي الذي تكون في معظمه غير مشغول فيدعى باسم "نطاق النقل" (conduction band) لأن الإلكترونات تتواجد فيه فقط عندما تكون المادة مثارة (بالتسخين مثلا) عندها تقوم هذه المواد بنقل التيار الكهربائي. يكون الفرق بين المواد العازلة وأنصاف النواقل هو أن فجوة الطاقة بين نطاق التكافؤ ونطاق النقل تكون أكبر في المواد العازلة منها في أنصاف النواقل، وبالتالي يكون من الصعب على الإلكترونات الانتقال إلى ذلك النطاق وبالمحصلة تكون الناقلية الكهربائية أضعف. من أهم العوامل التي تساعد الإلكترونات على الوصول إلى نطاق النقل هو الطاقة الحرارية، حيث أن ناقلية أنصاف النواقل تعتمد بشكل كبير على درجة حرارة المادة.
