能隙（band gap）

能隙是固體能譜中的禁區：一段能量範圍，其中根本沒有任何電子態可供佔據，橫亙在最高的填滿能帶與最低的空能帶之間。它是把材料世界最鮮明地劃分為導體、半導體與絕緣體的那個單一數字。能隙小，熱或光就能把電子抬過去；能隙大，電子便困在原處。

精確地說，能隙 E_g 是價帶頂部與導帶底部之間的能量間隔。它有兩種型態：直接能隙（direct gap），兩個能帶極值出現在同一個波向量 k（如砷化鎵，因為電子能藉發射單一光子越過能隙而躍下，是 LED 與雷射的理想材料），以及間接能隙（indirect gap），兩者位於不同的 k（如矽，其躍遷還需要一個聲子來守恆晶體動量，使發光效率低落）。依粗略慣例，半導體的 E_g 約在 0.1 到 3 eV 之間，絕緣體更大（鑽石約 5.5 eV），金屬則完全沒有。微觀上，能隙之所以打開，是因為布里淵區邊界處的布拉格反射混合了平面波，把自由電子能帶劈開約為位能相關傅立葉分量的兩倍，2|V_G|。

能隙主宰著一種材料吸收或發射哪些光子，因而決定半導體的顏色、LED 或雷射的工作波長，以及太陽能電池的效率；它也透過因子 exp(-E_g / 2 k_B T) 設定了本質電導隨溫度的指數依賴。誠實的提醒是：半導體與絕緣體之間並沒有一條鮮明的分界線；這區別是能隙大小、以及摻雜能否在可達溫度下填充能帶的一個柔性問題。