固体能带理论
量子物理学根据量子数的四重方案描述原子中电子的状态 .量子数描述了允许状态 电子可以假设在一个原子中。使用圆形剧场的类比，量子数描述了可用的行数和座位数。单个电子可以通过量子数的组合来描述，就像圆形剧场中的观众被分配到特定的行和座位一样。
就像圆形剧场中的观众在座位和行之间移动一样，电子可能会改变它们的状态，因为存在可供它们放置的可用空间和可用能量。由于壳层级与电子拥有的能量密切相关，壳层级（甚至亚壳层级）之间的“跳跃”需要能量转移。如果电子要进入高阶壳层，则需要从外部源为电子提供额外的能量。使用圆形剧场的类比，一个人移动到更高一排的座位需要增加能量，因为这个人必须克服重力爬到更高的高度。相反，一个电子“跃入”下层壳层会释放出部分能量，就像一个人跳到较低的一排座位上，所消耗的能量表现为热量和声音。
并非所有的“飞跃”都是平等的。不同壳层之间的跳跃需要大量的能量交换，但子壳层之间或轨道之间的跳跃需要较少的能量交换。
当原子结合形成物质时，最外层的壳层、子壳层和轨道会合并，为电子提供更多的可用能级。当大量原子彼此靠近时，这些可用能级形成几乎连续的能带 其中电子可以如下图所示移动
金属元素中的电子带重叠。
正是这些带的宽度及其与现有电子的接近程度决定了这些电子在暴露于电场时的移动性。在金属物质中，空带与包含电子的带重叠，这意味着单个原子的电子可能会移动到通常是更高能级的状态，而几乎没有或没有额外的能量传递。因此，外层电子被认为是“自由的”，并准备在电场的召唤下移动。
无论有多少原子彼此靠近，所有物质都不会发生能带重叠。在某些物质中，包含电子的最高能带（所谓的价带 ) 和下一个空带（所谓的导带 ）。见下图。结果，价电子被“束缚”在它们的组成原子上，在没有大量能量的情况下不能在物质内移动。这些物质是电绝缘体。
绝缘物质中的电子带分离。
属于半导体类别的材料 价带和导带之间有很窄的间隙。因此，将价电子激发到导带并在那里变得可移动所需的能量是非常适中的。 （下图）
半导体物质中的电子能带分离，(a) 大量的半导体近原子仍然导致显着的带隙，(b) 大量的近金属原子供参考。
在低温下，几乎没有热能可用于推动价电子穿过该间隙，而半导体材料更像是绝缘体。然而，在更高的温度下，环境热能足以迫使电子穿过间隙，并且材料会增加电的传导。很难通过检查其组成原子的电子配置来预测物质的导电性能。尽管最好的金属导电体（银、铜和金）都有外部s 单电子子壳层，电导率与价电子数的关系不一定一致：
不同元素的化合物所产生的电子能带构型与其组成元素的电子构型不易结合。
评论：
- 需要能量才能将电子从价带移至更高的未占据带，即导带。在壳之间移动需要更多能量，在子壳之间移动需要更少能量。
- 由于金属中的价带和导带重叠，几乎没有能量可以去除电子。金属是极好的导体。
- 绝缘体的价带和导带之间的大间隙需要高能量来去除电子。因此，绝缘体不导电。
- 半导体在价带和导带之间有一个小的非重叠间隙。纯半导体既不是良好的绝缘体也不是导体。半导体是半导电的。
相关工作表：
- 半导体中的导电工作表
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