Teoria de bandas

TEORÍA DE BANDAS.
La teoría de bandas está basada en la mecánica cuántica y procede de la teoría de los orbitales moleculares (TOM). En esta teoría, se considera el enlace metálico como un caso extremo del enlace covalente, en el que los electrones de valencia son compartidos de forma conjunta y simultánea por todos los cationes. Desaparecen los orbitales atómicos y se forman orbitalesmoleculares con energías muy parecidas, tan próximas entre ellas que todos en conjunto ocupan lo que se franja de denomina una “banda de energía”.
Aunque los electrones van llenando los orbitales moleculares en orden creciente de energía, estas son tan próximas que pueden ocupar cualquier posición dentro de la banda.
* Banda de Conducción y de Valencia.
La banda ocupada por los orbitales molecularescon los electrones de valencia se llama banda de valencia, mientras que la banda formada por los orbitales moleculares vacíos se llama banda de conducción. A veces, ambas bandas se solapan energéticamente hablando.
Este modelo explica bastante bien el comportamiento eléctrico no solo de las sustancias conductoras sino también de las semiconductoras y las aislantes.
En los metales, sustanciasconductoras, la banda de valencia se solapa energéticamente con la banda de conducción que está vacía, disponiendo de orbitales moleculares vacíos que pueden ocupar con un mínimo aporte de energía, es decir, que los electrones están casi libres pudiendo conducir la corriente eléctrica.
En los semiconductores y en los aislantes, la banda de valencia no se solapa con la de conducción. Hay una zonaintermedia llamada banda prohibida.
En los semiconductores, como el Silicio o el Germanio, la anchura de la banda prohibida no es muy grande y los electrones con suficiente energía cinética pueden pasar a la banda de conducción, por esa razón, los semiconductores conducen la electricidad mejor en caliente. Sin embargo, en los aislantes, la banda prohibida es tan ancha que ningún electrón puedesaltarla. La banda de conducción está siempre vacía.
* Aislantes y Conductores
A una temperatura absoluta de cero, los sólidos resultan ya sea aislantes o conductores. El material de abajo podría ser un aislante debido a que todos los electrones están involucrados en el enlace. Si tal material se situara en un circuito eléctrico, no fluiría corriente debido a que no hay electrones que esténlibres como para moverse. Es un conductor, cada uno de los átomos tiene por lo menos un electrón de mas que no está involucrado en el enlace. Tales electrones de más se les conoce como electrones de conducción y se mueven libremente en respuesta a las fuerzas eléctricas.

* Semiconductor
La energía térmica tiene un gran efecto sobre las propiedades de conducción de los sólidos. Esta energía sedistribuye por todos los electrones y los núcleos de los materiales y se almacena, entre otras formas, en el movimiento físico (ó Vibración) de los electrones y los núcleos. Las vibraciones pueden propiciar que algunos enlaces de electrones se desprendan de sus posiciones de enlace para convertirse en electrones de conducción.
Los materiales que no tienen exceso de electrones y retienen todos suselectrones en los enlaces a temperaturas normales, continúan como buenos aislantes. Algunos ejemplos de ellos son: el carbón en un diamante de orden cristalino y muchos plásticos y cerámicas a temperaturas normales. Sin embargo, en otros materiales que son buenos aislantes en el cero absoluto, los electrones no se mantienen firmes en sus enlaces, y a temperaturas normales, algunos se desprendenpara convertirse en electrones de conducción. Tal material se conoce como semiconductor debido a que se convierte en conductor a temperaturas normales a causa de los electrones que se han convertido a su vez en electrones de conducción.
* Material tipo “n”
Se puede incrementar la concentración de portadores mediante la adición de pequeñas cantidades de impurezas al semiconductor puro,...