Superconductores

BANDAS DE ENERGIA

Semiconductores elementales: Germanio (Ge) y Silicio (Si)

Compuestos IV: SiC y SiGe
Compuestos III-V:
Binarios: GaAs, GaP, GaSb, AlAs, AlP, AlSb, InAs, InP y InSb

Ternarios: GaAsP, AlGaAs
Cuaternarios: InGaAsP
Compuestos II-VI: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe y CdTe

Son materiales de conductividad intermedia entre la
de los metales y la de los aislantes, quese modifica
en gran medida por la temperatura, la excitación
óptica y las impurezas.

•Estructura atómica del Carbono (6 electrones)
1s2

2s2 2p2

•Estructura atómica del Silicio (14 electrones)
1s2

2s2 2p6

3s2 3p2

•Estructura atómica del Germanio (32 electrones)
1s2

2s2 2p6

3s2 3p6 3d10

4s2 4p2

4 electrones en la última capa

4 estados vacíos

- -

2p2- -

2s2

- Distancia interatómica
Banda de estados

Estados discretos
(átomos aislados)

1s2

Energía

- -

- - -

- - -

- -

- Distancia interatómica

Diamante:
Cúbico, transparente,
duro y aislante

Grafito:
Hexagonal, negro,
blando y conductor

Energía

4 estados/átomo
Eg=6eV
- - - 4 electrones/átomo

Banda de
conducción

Banda prohibida
Banda devalencia

Si un electrón de la banda de valencia alcanzara la energía
necesaria para saltar a la banda de conducción, podría moverse al
estado vacío de la banda de conducción de otro átomo vecino,
generando corriente eléctrica. A temperatura ambiente casi ningún
electrón tiene esta energía.
Es un aislante.

Energía

4 estados/átomo

- - 4 electrones/átomo

Banda de
conducciónBanda de
valencia

No hay banda prohibida. Los electrones de la banda de
valencia tienen la misma energía que los estados vacíos
de la banda de conducción, por lo que pueden moverse
generando corriente eléctrica. A temperatura ambiente
es un buen conductor.

Energía

4 estados/átomo
Eg=0,67eV
- - - 4 electrones/átomo

Banda de
conducción
Banda prohibida
Banda de valencia

Si unelectrón de la banda de valencia alcanza la energía necesaria
para saltar a la banda de conducción, puede moverse al estado
vacío de la banda de conducción de otro átomo vecino, generando
corriente eléctrica. A temperatura ambiente algunos electrones
tienen esta energía. Es un semiconductor.

Banda de
conducción
Eg

Banda de
valencia
Aislante
Eg=5-10eV

Banda de
conducción

Bandade
conducción

Eg

Banda de
valencia
Semiconductor
Eg=0,5-2eV

Banda de
valencia
Conductor
No hay Eg

A 0ºK, tanto los aislantes como los semiconductores no conducen,
ya que ningún electrón tiene energía suficiente para pasar de la
banda de valencia a la de conducción. A 300ºK, algunos electrones
de los semiconductores alcanzan este nivel. Al aumentar la
temperatura aumenta laconducción en los semiconductores (al
contrario que en los metales).

-

-

-

G
e

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

G
e

-

-

-

-

G
e

-

-

G
e

G
e

-

-

-

G
e

G
e

-

G
e

-

-

No hay enlaces covalentes rotos. Esto equivale a
que los electrones de la banda de valencia no
pueden saltar a labanda de conducción.

Situación del Ge a 0ºK K (I)
300º
-

-

-

G
e

-

G
e

-

-

-

G
e

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

G
e

G
e

-

-

-

G
e

G
e

-

G
e

-

-

•Hay 1 enlace roto por cada 1,7·109 átomos.
•Un electrón “libre” y una carga “+” por cada
enlace roto.
ATE-UO Sem 10Situación del Ge a 300º K (II)

-

-

Recombinación
G
e

Generación

-

-

G
e

-

-

-

G
e

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Recombinación

-

-

+

-

-

-

G
e

G
e

+

-

-

-

Generación

-

-

-

G
e

-

G
e

-

G
e

-

Muy
importante

Generación

-

-

Siempre
se...