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1. Teoría de bandas.

Los metales son de los materiales más antiguos empleados por la humanidad. Sin embargo, no fue así hasta el siglo pasado que se desarrollaron nuevos tipos de materiales: los semiconductores. Como los metales y los semiconductores son tan importantes para la economía moderna, será útil comprender más de sus propiedades.

Los cristales metálicos pueden considerarse como“supermoléculas” que se mantienen unidas por enlaces deslocalizados, que se forman a partir de los orbítales atómicos de todos los átomos del cristal. Inclusive el pedazo más diminuto de metal contiene un número muy grande de átomos y hay un número aún mayor de orbítales disponibles para formar orbítales moleculares.

La teoría de bandas es un modelo más cuantitativo del enlace metálico; estateoría considera que todos los orbítales en los metales se combinan para formar un número muy grande de orbítales deslocalizados entre los átomos del metal, considera que, entre más átomos, más orbítales deslocalizados habrá con energías tan cercanas que forman un continuo o banda (Fig. 1).

El modelo de bandas propone que los orbítales de menor energía son ocupados por los electrones de valencia yproducen la banda de valencia, mientras que los orbítales vacíos que tienen una mayor energía producen la banda de conducción. Kotz 2006

Por ejemplo el Litio tiene 1 electrón en el orbital 2s que es de mayor energía que 2p, los electrones 2s de todos los átomos de litio ocupan la mitad de los orbítales 2s, formando la banda de valencia la otra mitad de los orbítales 2s vacíos junto con lo2p por estar con energías muy cercanas forman la banda de conducción, permitiendo un libre movimientos de los electrones entre todos los orbítales 2s y 2p, sin que se de ningún espacio entre ellas.

2.5.2. Clasificación en base a su conductividad.

Conductores: cuado las bandas de valencia y de conducción no tienen ningún espacio entre ellas, por lo consiguiente los electrones fluyen inclusocon la aplicación de una pequeña cantidad de potencial. Cuando la temperantura aumenta, el gran movimiento aleatorio de los átomos impide el movimiento electrónico, disminuyendo la conductividad del metal.

Cuando entre la banda de valencia y la de conducción existe un pequeño espacio o espacio energético, se dice que se trata de un semiconductor. Los electrones excitados térmicamente puedencruzar el espacio, permitiendo paso de una pequeña corriente. Así, en contraste con los conductores, la conductividad de los semiconductores aumenta cuando se calientan.

En el caso de los aislantes la banda de valencia y la de conducción es muy
grande para que los electrones salten, incluso cuando la sustancia se calienta y entonces no se observa corriente.

Figura 1: Bandas de conducción.Como la banda de niveles energéticos no llenos en un metal es esencialmente continua, es decir, las brechas energéticas entre los orbitales son sumamente pequeñas, el metal puede absorber energía de casi cualquier longitud de onda.

Cuando la luz provoca que un electrón de un metal se desplace a un estado energético más alto, el sistema así excitado puede emitir de inmediato un fotón de lamisma energía y el electrón regresará a su nivel energético original. Esta reemisión rápida y eficiente de luz hace que las superficies metálicas pulidas reflejen la luz y tengan apariencia lustrosa.

El silicio y el germanio puros pertenecen al tipo de materiales llamados semiconductores intrínsecos. La explicación general sobre materiales de este tipo es que la promoción de un electrón de labanda de valencia a la banda de conducción da lugar a un hueco positivo en la banda de valencia. Igual que en un metal, el semiconductor conduce la electricidad porque los electrones de la banda de valencia migran en un sentido y los huecos positivos de la banda de valencia migran en sentido opuesto.

Semiconductores extrínsecos. La conductividad de éstos es controlada agregado pequeñas...