エネルギーバンドは複数の原子が結合することによって生じる，キャリア (電子，ホール)が存在できるエネルギー帯のことです．本記事では半導体の特性を理解するために重要なエネルギーバンドについて説明していきます．
エネルギーバンドとは
エネルギーバンドの形成
半導体であるシリコン (Si)で，エネルギーバンドが形成される原理を説明します．
原子は原子核と電子からなり，電子が取れるエネルギーは離散的です．電気的に中性なシリコン原子は14個の電子を持ち，K殻に2個，L殻に8個，M殻に4個が入ります．この最外殻の4個が価電子で，結晶中では隣接する原子との共有結合に関わります．
図2のように，結晶中の各シリコン原子は隣接する原子と価電子を共有して結合します．多数の原子が近づくと，原子間の相互作用によってエネルギー準位が細かく分裂します．固体では準位が非常に密に並び，エネルギーの帯として扱えます．これがエネルギーバンドです．
半導体のエネルギーバンド
エネルギーバンドは，電子が存在できるエネルギーの範囲を表します．半導体では価電子帯と伝導帯，その間の禁制帯を区別します．図1に半導体のエネルギーバンド図を示します．
半導体では電子で埋まっている価電子帯と，電子の伝導に寄与する伝導帯を形成します．価電子帯と伝導帯の間に電子の存在できない禁制帯があります．
完全に電子で満たされた価電子帯は，電流を運びません．ただし，室温では熱によって一部の電子が伝導帯へ励起され，価電子帯には正孔が生じます．伝導帯の電子と価電子帯の正孔は，どちらも電流を運びます．光の照射でも電子・正孔対が生じ，ドナーの添加は主に電子を，アクセプタの添加は主に正孔を増やします．
金属・半導体・絶縁体のエネルギーバンド
金属・半導体・絶縁体は導電率が違いますが，これは図３のエネルギーバンドで説明することができます．
金属では，電子が部分的に占有したバンドや，価電子帯と伝導帯が重なったバンドがあります．電界をかけると電子の運動に偏りが生じ，電流が流れます．
半導体では，伝導帯の電子と価電子帯の正孔が電流を運びます．その数は温度，光の照射，不純物濃度などに依存するため，電気の流れやすさを制御できます．
絶縁体では価電子帯と伝導帯のエネルギーギャップが大きすぎるため，通常は伝導帯に電子が遷移できません．そのため電流も流れません．
まとめ
- エネルギーバンド：複数の原子が接近して固体になると，電子が存在できる準位が分裂して形成されるエネルギー帯
- 価電子帯：価電子が埋まっているエネルギーバンド
- 伝導帯：電子の伝導に寄与するエネルギーバンド
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