11.18: מבנה הפסים

תורת הפסים דומה לתורת האורביטל המולקולרי ומספקת מודל להתנהגות אלקטרונים במוצקים. נזכיר שכששני אטומים או יותר מתחברים כדי להפוך למולקולה, אורביטלי האטום שלהם חופפים ויוצרים אורביטליים מולקולריים של רמות אנרגיה מובחנות. ככל שמספר האטומים במולקולה גדל, כך גדלים גם מספר האורביטלים המולקולריים.

למוצקים בדרך כלל יש מספר גדול במיוחד של אטומים, לכן המוצק כולו ייוצג במספר רב של אורביטלים מולקולריים צפופים. כתוצאה מכך, קבוצות של האורביטלים המולקולריים יהיו כה צמודות זו לזו עד שהן יכולות להיחשב כטווחים רציפים, או פסים, של אנרגיה שאלקטרונים יכולים לאכלס. כמו אורביטלים מולקולריים, הפסים הללו מופרדים על ידי פערי אנרגיה.

אם הפערים גדולים מדי, אלקטרונים לא יכולים לחצות אותם. במוליכים כמו נחושת, אלקטרוני הערכיות נמצאים בפס שגם בו יש אורביטלים ריקים רבים. אלקטרוני הערכיות יכולים לעבור בקלות בין אובריטלים, מה שמאפשר לאלקטרונים לזרום בחופשיות דרך המוצק.

אלקטרונים ניידים אלה אחראים למוליכות החשמל הטובה של המוצק. מודלים של מוליכים למחצה ומבודדים לוקחים בחשבון שני פס:פס הערכיות, שהוא פס האנרגיה הגבוהה ביותר המכילה אלקטרונים במצב היסוד, ופס ההולכה, שנמצא ממש מעל פס הערכיות. בפס הערכיות יש מעט אורביטלים ריקים או שאין כאלה כלל, מה שמגביל את יכולתם של אלקטרוני הערכיות לעבור דרך המוצק אם אינם יכולים להגיע לאורביטלים הריקים של פס ההולכה.

זו ההתנהגות שנצפתה במבודדים כמו זכוכית, שיש להם פער אנרגיה גדול, או פער פסים, בין פסי הערכיות וההולכה. מבודדים, אם כן, הם בעלי מוליכות חשמלית גרועה. אם פער הפסים קטן, אלקטרוני ערכיות יכולים להיות מעוררים לפס ההולכה ולעבור בחופשיות בין האורביטלים הריקים שבו.

האורביטלים הריקים שהאלקטרונים המעוררים משאירים ריקים גם מקלים על האלקטרונים לנוע בתוך פס הערכיות. זו ההתנהגות שנצפית במוליכים למחצה כמו סיליקון, שהם פחות מוליכים ממתכות אך מוליכים יותר מאשר מבודדים.