FÍSICA DE SEMICONDUCTORES BANDAS DE ENERGÍA UN Diego Antonio Gómez Prieto fsc13Diego Junio 13 de 2015

Bandas de energía  La teoría se basa en el hecho de que en una molécula los orbitales de un átomo se solapan produciendo un número discreto de orbitales moleculares. Cuando una gran cantidad de átomos se unen, como en las estructuras sólidas, el número de orbitales de valencia (los niveles de energía más altos) es tan grande y la diferencia de energía entre cada uno de ellos tan pequeña que se puede considerar como si los niveles de energía conjunta formaran bandas continuas más que niveles de energía como ocurre en los átomos aislados. Son reconocidos tres tipos diferentes de bandas de energía, la banda de conducción, de valencia y la banda prohibida.

Bandas de energía Banda prohibida: los semiconductores tienen una banda prohibida entre las bandas de valencia y conducción. El tamaño de la banda prohibida tiene implicaciones en los tipos de aplicaciones que se pueden realizar. Una banda prohibida pequeña implica una mayor conducción intrínseca, y una banda prohibida amplia implica una mayor energía de fotón posible, la banda de prohibida más pequeña corresponde al PbSe y la más grande al AlN. Banda de Valencia: está ocupada por los electrones de valencia de los átomos, los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los átomos, pero no intervienen en la conducción eléctrica. 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.

Bandas de energía Podemos ver que las diferentes disposiciones de las bandas energéticas determinan las propiedades un material, como se puede ver en la imagen, una banda prohibida grande es propia de un material aislante, cuando no hay banda prohibida es propia de un conductor y cuando hay una banda prohibida relativamente pequeña, se habla entonces de un material semiconductor.

Tipos de materiales Aislantes: hace referencia a cualquier material que impide la transmisión de la energía en cualquiera de sus formas, con masa que impide el transporte de energía. Conductores: específicamente un conductor eléctrico es aquel material que ofrece poca resistencia al movimiento de carga eléctrica. Semiconductores: es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Tipos de materiales semiconductores Intrínseco: Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. Extrínseco: Si a un semiconductor intrínseco, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, con elementos trivalentes o pentavalentes (de 3 o 5 electrones de valencia respectivamente), el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Anfótero: Es un tipo especial de semiconductor en el que la base está hecha de materiales trivalentes o pentavalentes y el dopaje se hace con silicio o germanio, aquí el silicio o germanio se comportan como donadores o receptores de electrones. Directo: un electrón en la banda de conducción puede llegar a un estado vacío de la banda de valencia emitiendo una diferencia de energía como un fotón de luz Indirecto: el electrón en mínimo valor de la banda de conducción, no puede pasar directamente a la banda de valencia sin haber recibido un impulso proveniente de una fuente de energía como el calor o campo eléctrico.