La teoría de bandas

La teoría de bandas

La teoría de bandas constituye una explicación alternativa del comportamiento de los materiales semiconductores. Se basa en el hecho de que los electrones de un átomo aislado se distribuyen según ciertos niveles energéticos, denominados órbitas u orbitales, en torno al núcleo. Cuando los átomos se unen unos con otros para formar un sólido, se agrupan de manera ordenada formando una red cristalina. En este caso, debido a la proximidad de los átomos entre sí, las órbitas en las que se encuentran los electrones de cada átomo se ven afectadas por la presencia de los átomos vecinos. De hecho, dichas órbitas se solapan entre sí, dando lugar a la aparición de unas zonas o bandas continuas en las que se pueden encontrar los electrones, y que reciben el nombre de bandas de energía.

Para entender el comportamiento de los materiales en relación con su capacidad de conducir, nos interesan las dos últimas bandas, que son:

• La banda de valencia: está ocupada por los electrones de valencia de los átomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los átomos. Los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los átomos, pero no intervienen en la conducción eléctrica.

• La banda de conducción: está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente eléctrica.

En consecuencia, para que un material sea buen conductor de la corriente eléctrica debe tener electrones en la banda de conducción. Cuando la banda esté vacía, el material se comportará como un aislante.

Entre la banda de valencia y la de conducción existe una zona denominada banda prohibida o gap, que separa ambas bandas y en la cual no pueden encontrarse los electrones.

La conducción de la corriente eléctrica según la teoría de bandas

La estructura de bandas de un material permite explicar su capacidad para conducir o no la corriente eléctrica. Según esto podemos distinguir tres casos, representados en las figuras adjuntas.

• En los materiales conductores, las bandas se encuentran muy próximas y la banda de conducción está ocupada por electrones libres, desligados de sus átomos, que pueden moverse fácilmente y pasar de unos átomos a otros. Este tipo de estructura de bandas corresponde a materiales que pueden conducir la corriente eléctrica.

• Sin embargo, en los materiales aislantes la banda de conducción se encuentra vacía, pues no hay electrones libres, de modo que no pueden conducir la corriente eléctrica. La banda que está ocupada en este caso es la banda de valencia, pero estos electrones no pueden moverse libremente.

• Los materiales semiconductores tienen una estructura de bandas semejante a la de los aislantes, es decir, la banda de conducción

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