CONDUZIONE

All'interno di un atomo gli elettroni sono dotati di un'energia totale (U + K) negativa. Fornendo a un elettrone una quantità d'energia sufficiente per permettergli di slegarsi dall'attrazione prodotta dal nucleo (l'energia totale dovrà essere uguale a zero) e quindi rendersi libero, l'atomo risulterà squilibrato e sarà caratterizzato da una carica positiva.
Questo processo, detto di ionizzazione, non avviene con qualsiasi tipo di energia. Irradiando l'atomo con onde energetiche o elettromagnetiche come la luce o i raggi x , l'energia può essere captata o meno da esso. Solo nel caso in cui νh=Ε (espressione che caratterizza l'assorbimento d'energia per dosi discrete di essa: i quanti) che corrispondono a determinate frequenze; l'energia deve essere tale da permettere all'elettrone di saltare da un livello energetico a quello successivo, e di conseguenza anche di staccarsi dall'ultimo (creando uno ione).

Raffigurando in un grafico l'energia posseduta da un elettrone all'interno d'un atomo, è possibile osservare che questa assume un andamento iperbolico. Se si considera l'asse delle ordinate come nucleo, l'energia d'un elettrone sarà sempre maggiore (ovvero sempre più negativa) più s'avvicina al nucleo;

l'energia potenziale che ne risulta viene a formare una specie di "imbuto iperbolico" chiamata buca di potenziale, che corrisponde ad una barriera di energia potenziale praticamente insormontabile fuori dalla quale l'elettrone non esce se sottoposto solo all'attrazione del proprio nucleo. Per questo motivo ogni livello energetico corrisponde a una determinata ordinata.

Secondo la fisica classica un elettrone che si avvicinava alla barriera di potenziale viene riflesso nella direzione opposta a quella di provenienza. La meccanica quantistica invece concepì una probabilità finita che l'onda di materia associata all'elettrone penetrasse attraverso la barriera. Questo fenomeno viene detto effetto tunnel.

Riassumendo, grazie agli studi effettuati da Schroedinger si è potuto affermare che, se s'intendono gli elettroni come onde, vi sono livelli energetici entro i quali si trovano questi ultimi ma è possibile che alcuni di essi si liberino ed escano dalla buca di potenziale (effetto tunnel).
Più alto è il livello, più libertà l'elettrone presenta rispetto al nucleo; se l'elettrone ha energia pari a zero è libero, più invece diventa negativa più s'avvicina al nucleo asintoticamente ( poichè all'infinito crollerebbe su questo).

All'interno di un cristallo i nuclei degli atomi sono rigidamente organizzati, ogni nucleo trattiene chiusi i propri elettroni ma esistono zone di sovrapposizione tra gli andamenti iperbolici delle energie potenziali dei vari atomi; ne risulta che gli elettroni di livello energetico più elevato non appartengono più solo a un singolo nucleo ma a tutti e sono liberi di muoversi in tutto lo spazio.

Teoricamente per il principio d'esclusione di Pauli non potrebbero esistere più di due elettroni sullo stesso orbitale, ma in questa situazione non si parla di orbitale bensì di banda di valenza o conduzione in cui appunto gli elettroni risultano mobili, l'unico limite è che non possono fuoriuscire, per non violare il principio di conservazione dell'energia. Quindi gli elettroni appartenenti ai livelli energetici più alti hanno un'energia tale da superare il potenziale dei singoli atomi e costituire una banda che appartiene a tutta la superficie: trattasi di materiali CONDUTTORI.
Nei non conduttori la barriera di potenziale non viene superata da alcun elettrone.

I SEMICONDUTTORI invece presentano l'ultimo livello energetico molto vicino alla zona di sovrapposizione e quindi alla banda di valenza. Nel caso in cui qualche elettrone riceva una dose di energia tale da permettere il salto al livello successivo (ad esempio con agitazione termica) si crea una banda di valenza anche in tali materiali, manifestando deboli capacità di conduzione. In materiali come il silicio, il germanio, lo stagno, il piombo riscaldati è probabile che qualche elettrone "salti" e formi una banda di conduzione.