Teoria de Bandas de Energia - Electónica

Modelo de Bandas de Energía

Como ya hemos visto con anterioridad los metales se caracterizan por su alta conductividad eléctrica.

En un elemento metálico cada átomo del elemento se encuentra tan próximo del otro, que los niveles energéticos de cada átomo se ven afectados por los de átomos vecinos (esto da lugar al traslape de orbitales); dado que en una pequeña región del metal se encuentran un gran número de átomos, el número de orbitales moleculares que se forman también es muy grande, cuyas energías son tan parecidas que se puede considerar como si los niveles de energía formaran bandas continuas.

La banda formada por los niveles con poca diferencia de energía, se le conoce como banda de valencia, y aquella constituida por los orbitales deslocalizados vacíos (formados por el traslape de orbitales) se le conoce como banda de conducción.

Así mismo es importante mencionar que la brecha que se forma entre ambas bandas se llama banda prohibida y representa la cantidad de energía necesaria para que un electrón se mueva a la banda de conducción, y adquiera libertad para moverse por todo el sólido (lo que le da lugar a la conducción eléctrica). En los metales las bandas de valencia y de conducción se encuentran adyacentes, es decir, la banda prohibida es despreciable, al igual que la energía necesaria para que el metal comience a conducir electricidad.

Semiconductores

En elementos semiconductores (aquellos con propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes) la brecha que separa a las bandas de conducción y de valencia es mucho más pequeña que en los aislantes, por lo que si se aplica la energía adecuada se pueden excitar los electrones de la banda de valencia a la de conducción, y conducir electricidad.

Dentro de los semiconductores más usados en la electrónica se encuentran el Silicio (Si) y el Germanio (Ge). Dado que los átomos de ambos cuentan con 4 electrones de valencia, los átomos tanto de uno como del otro precisan de cuatro electrones más para alcanzar una configuración estable; es esta la razón del por qué cuando el germanio y el silicio se solidifican, forman estructuras cristalinas en donde cada átomo comparte sus electrones con 4 átomos vecinos.

En clases anteriores se ha estudiado el comportamiento de los semiconductores dopados tipo P y tipo N en donde los portadores de carga mayoritarios son los huecos y los electrones, respectivamente

Modelo de Bandas Aplicado a la Unión PN

Cuando se une un material tipo P con uno tipo N se forma la unión PN. Dicha unión se comporta de forma muy distinta a como se comportan ambos materiales por separado; en primera instancia, cuando se forma una unión PN, cerca de la misma se comienzan a difundir y  electrones del lado N al lado P, formando iones negativos en el lado P y dejando iones positivos del lado N.

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