ELEMENTOS CONDUCTORES

Los conductores son los elementos que transmiten o llevan el fluido elctrico. Se emplea en las instalaciones o circuitos elctricos para unir el generador con el receptor

o Clasificacin de conductores:+ Hilo o alambre: Es un conductor constituido por un nico alambre macizo.+ Cordn: Es un conductor constituido por varios hilos unidos elctricamente arrollados helicoidalmente alrededor de uno o varios hilos centrales.+ Cable: Es un conductor formado por uno o varios hilos o cordones aislado elctricamente entre s.

Segn el nmero de conductores aislados que lleva un cable se denomina unipolar, si lleva uno solo; bipolar, si lleva dos hilos; tripolar, tres; tetrapolar, pentapolar, multipolarLos cables son canalizados en las instalaciones mediante tubos para protegerlos de agentes externos como los golpes, la humedad, la corrosin, etc.

E LEMENTOS S EMICONDUCTORES Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen caractersticas intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra.

Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen caractersticas intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra.

11. E LEMENTOS S EMICONDUCTORES Si los conductores son materiales que disponen de electrones libres y los aislantes carecen de ellos, los semiconductores se encuentran en una situacin intermedia: a la temperatura de 0 K se comportan como aislantes, pero mediante una aportacin de energa puede modificarse esta situacin, adquiriendo un comportamiento ms cercano al de los conductores

12. E LEMENTOS S EMICONDUCTORES A temperatura cercana al cero absoluto no hay electrones libres y el semiconductor se comporta como un aislador o dielctrico. A mayores temperaturas algunos electrones adquieren suficiente energa para escapar del enlace y se convierten en electrones libres ( libres pero dentro del slido cristalino ), dejando atrs una vacante en el enlace covalente. Dicha vacante se conoce como un hueco y todo este proceso se conoce como produccin trmica de un par electrn-hueco.

13. A PLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES . Las aplicaciones de los semiconductores se dan en diodos, transistores y termisores principalmente. Diodos: Al unir un semiconductor N con otro P se produce un fenmeno de difusin de cargas en la zona de contacto, que crea una barrera de potencial que impide a los dems electrones de la zona N saturar los restantes huecos positivos de la zona.

14. R ESUMIENDO En resumen un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo elctrico o magntico, la presin, la radiacin que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Aislantes:

15. Q UE SON LOS MATERIALES AISLANTES ?Los cuerpos aislantes son aquellos que no permitenel paso e intercambio de electrones perifricos,siendo sus tomos normalmente estables, por lotanto no dejan pasar la corriente elctrica a travsde ellos.

16. E STRUCTURA Los tomos de los elementos aislantes poseen entre cinco y siete electrones fuertemente ligados a su ltima rbita, lo que les impide cederlos. Esa caracterstica los convierte en malos conductores de la electricidad, o no la conducen en absoluto.

17. : M ATERIALES AISLANTES Madera Vidrio Plastico Resinas sinteticas Porcelana

18. E JEMPLO El plstico que recubre el hilo de cobre conductor, impide que suframos una descarga elctrica al entrar en contacto con el hilo de cobre. Nos los encontramos en el recubrimiento de los cables elctricos, en los aparatos electrnicos y en todos los aparatos que funcionen con corriente elctrica.

DOPAJESe denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (tambin referido como intrnseco) con el fin de cambiar sus propiedades elctricas.

Hueco de electrn

Unhueco de electrn, o simplementehueco,1es la ausencia de unelectrnen labanda de valencia(ver tambinvalencia). Tal banda de valencia estara normalmente completa sin el "hueco". Una banda de valenciacompleta(o casi completa) es caracterstica de losaislantesy de lossemiconductores. La nocin de "hueco" en este caso es esencialmente un modo sencillo y til para analizar el movimiento de un gran nmero de electrones, considerando ex profeso a esta ausencia o hueco de electrones como si fuera unapartcula elementalo -ms exactamente- unacuasipartcula.

Considerado lo anterior, elhueco de electrnes, junto al electrn, entendido como uno de losportadores de cargaque contribuyen al paso de corrienteelctricaen lossemiconductores.

Elhueco de electrntiene valores absolutos de la mismacargaque el electrn pero, contrariamente al electrn,su carga es positiva.

Aunque bien corresponde el recalcar que loshuecosnoson partculas como s lo es -por ejemplo- el electrn, sino lafaltade un electrn en un semiconductor; a cada falta de un electrn -entonces- resulta asociada una complementaria carga de signo positivo (+).

Por ejemplo cuando uncristaltetravalente (es decir de 4 valencias) como el muy conocidosilicioesdopadocon tomos especficos que, como elboro, poseen slo tres electrones en estado devalencia atmica, uno de los cuatroenlacesdel silicio queda libre. Es entonces que los electrones adyacentes pueden con cierta facilidad desplazarse y ocupar el lugar que ha quedado libre en el enlace; este fenmeno es llamado entonceshueco.

Para un observador externo lo antedicho ser percibido como el "desplazamiento de una carga positiva", sin embargo lo real es que se trata del desplazamiento de electrones en sentido opuesto al ms frecuente.

La descripcin figurada de unhueco de electrncomo si se tratara de una partcula equiparable al electrnaunque con carga elctrica positivaes en todo caso didcticamente bastante til al permitir describir el comportamiento de estos fenmenos.

Otra caracterstica peculiar de loshuecos de electrnes que su movilidad resulta ser menor que la de los electrones propiamente dichos; por ejemplo la relacin entre la movilidad de los electrones y la de loshuecos(de electrones) tiene un valor aproximado de 2,5-3.

ELECTRONES

Elelectrn(delgriego clsico,mbar), comnmente representado por el smbolo:e, es unapartcula subatmicacon unacarga elctrica elementalnegativa.12Un electrn no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras palabras, generalmente se define como unapartcula elemental.2Tiene una masa que es aproximadamente 1836 veces menor con respecto a la del protn.13Elmomento angular(espn) intrnseco del electrn es un valor semientero en unidades de, lo que significa que es unfermin. Suantipartculaes denominadapositrn: es idntica excepto por el hecho de que tiene cargas entre ellas, la elctrica de signo opuesto. Cuando un electrn colisiona con un positrn, las dos partculas pueden resultar totalmente aniquiladas y producirfotonesderayos gamma.

Los electrones, que pertenecen a la primera generacin de la familia de partculas de losleptones,14participan en lasinteracciones fundamentales, tales como lagravedad, elelectromagnetismoy lafuerza nuclear dbil.15Como toda la materia, posee propiedadesmecnico-cunticastanto departculas como de ondas, de tal manera que pueden colisionar con otras partculas y pueden serdifractadascomo la luz. Esta dualidad se demuestra de una mejor manera en experimentos con electrones a causa de su nfima masa. Como los electrones son fermiones, dos de ellos no pueden ocupar el mismoestado cuntico, segn elprincipio de exclusin de Pauli.14

El concepto de una cantidad indivisible de carga elctrica fue teorizado para explicar las propiedades qumicas de los tomos, el primero en trabajarlo fue el filsofo naturalista britnicoRichard Lamingen 1838.4El nombre electrn para esta carga fue introducido el 1894 por el fsico irlandsGeorge Johnstone Stoney. Sin embargo, el electrn no fue identificado como una partcula hasta 1897 porJoseph John Thomsony su equipo de fsicos britnicos.61617

En muchos fenmenos fsicos tales como laelectricidad, elmagnetismoo laconductividad trmica los electrones tienen un papel esencial. Un electrn que se mueve en relacin a un observador genera uncampo elctricoy es desviado por campos magnticos externos. Cuando se acelera un electrn, puede absorber o radiar energa en forma de fotones. Los electrones, junto con ncleos atmicos formados deprotonesyneutrones, conforman lostomos, sin embargo, los electrones contribuyen con menos de un 0,06% a la masa total de los mismos. La mismafuerza de Coulomb, que causa la atraccin entre protones y electrones, tambin hace que los electrones queden enlazados. El intercambio o comparticin de electrones entre dos o ms tomos es la causa principal delenlace qumico.18Los electrones pueden ser creados mediante ladesintegracin betadeistopos radiactivosy en colisiones de alta energa como, por ejemplo, la entrada de unrayo csmicoen la atmsfera. Por otra parte, pueden ser destruidos por aniquilacin con positrones, y pueden ser absorbidos durante lanucleosntesis estelar. Existen instrumentos de laboratorio capaces de contener y observar electrones individuales as como plasma de electrones, adems, algunos telescopios pueden detectar plasma de electrones en el espacio exterior. Los electrones tienen muchas aplicaciones, entre ellas la electrnica, la soldadura, los tubos de rayos catdicos, losmicroscopios electrnicos, laradioterapia, loslseres, los detectores de ionizacin gaseosa y losaceleradores de partculas.

Material PSe denomina unin P-N a la estructura fundamental de los componentes electrnicos comnmente denominados semiconductores, principalmente diodos y transistores BJT. Est formada por la unin metalrgica de dos cristales, generalmente de Silicio (Si), aunque tambin se fabrican de Germanio (Ge), de naturalezas P y N segn su composicin a nivel atmico. Estos tipos de cristal se obtienen al dopar cristales de metal puro intencionadamente con impurezas, normalmente con algn otro metal o compuesto qumico.Silicio "extrnseco" tipo "P"Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, sustituyndole algunos de los tomos de un semiconductor intrnseco por tomos con menos electrones de valencia que el semiconductor anfitrin, normalmente trivalente, es decir con 3 electrones en la capa de valencia (normalmente boro), al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores de carga libres (en este caso positivos, huecos).Cuando el material dopante es aadido, ste libera los electrones ms dbilmente vinculados de los tomos del semiconductor. Este agente dopante es tambin conocido como impurezas aceptoras.El propsito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, una impureza trivalente deja un enlace covalente incompleto, haciendo que, por difusin, uno de los tomos vecinos le ceda un electrn completando as sus cuatro enlaces. As los dopantes crean los "huecos". Cada hueco est asociado con un ion cercano cargado negativamente, por lo que el semiconductor se mantiene elctricamente neutro en general. No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red, un protn del tomo situado en la posicin del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve equilibrado por un electrn. Por esta razn un hueco se comporta como una cierta carga positiva.

MATERIALES DE TIPO P Y N

Se les llama semiconductores de tipo P a los semiconductores contaminados con impurezas aceptoras. Las impurezas aceptoras son aquellas que agregan un hueco en el material. Estas son impurezas con 3electrones en su rbita de valencia. Al tener solo 3 electrones queda una unin incompleta dejando un hueco para que un electrn libre pueda tomar ese lugar. Este material es de tipo P debido a que la conduccin elctrica se produce debido a su gran nmero de huecos(portadores mayoritarios). Comparados con los electrones los huecos tienen polaridad positiva.Los semiconductores tipo N son aquellos a los que se le agregan impurezas donoras (que donan un electrn). Estas impurezas suelen tener5 electrones. De estos 5 electrones 4 formaran una unin con los tomos vecinos y 1 quedara libre. De esta forma este material contiene un mayornmero de electrones libres comparados con los huecos libres. Este material es de tipo N debido a que la conduccin elctrica se produce debido a su gran nmero de electrones (Portadores mayoritarios) de polaridad negativa.En ambos casos la conduccin se hace por medio de los electrones perose puede decir que en el material tipo P la conduccin se produce por elmovimiento de huecos ya que los electrones se desprenden de una unindejando un hueco para pasar a otro.

SU USO EN ELECTRNICA

El material semiconductor (silicio o germanio) tiene 4 electrones en su ltima rbita. Con fines electrnicos se contamina estos materiales con impurezas del tipo N electrones y tipo P protones.Esto se hace para poder utilizar los semiconductores como elemento

MATERIAL TIPO N El material tipo N, es un dopante, es decir que se utiliza de manera intencional con el fin de aadir impurezas a un semiconductor que tiene una pureza demasiado alta. El propsito principal de un dopante es cambiar las propiedades elctricas de un semiconductor. A un material semiconductor, dependiendo de la cantidad de tomos dopantes que se le agreguen, se les puede denominar extrnsecos/ligeros (cuando se aade un tomo dopante a cada cien millones de tomos del material) o degenerados/pesados (cuando se aade un tomo dopante a cada diez mil tomos del material). Cuando un material semiconductor tiene un dopaje pesado y se utiliza un material de tipo N, se representa con la nomenclatura N+. El material tipo N posee tomos de impurezas que permite la aparicin de electrones sin huecos asociados a los mismos. A este tipo de materiales, se les llama donantes, debido a que brindan electrones. La valencia de estos es cinco, como el arsnico y fsforo, de tal forma que al ser aadido al material, ste mantiene la neutralidad elctrica; un electrn queda desligado, pero su separacin necesita una energa mucho menor que la que se necesitara para separar la ligadura de un cristal de silicio. Tras el proceso, habr ms electrones que huecos en el material, en este punto, los portadores mayoritarios sern los electrones originales (silicio) y los minoritarios del material tipo N, minoritarios. Material tipo N Material Semiconductor

2. TRANSISTORES PNP Y NPN Los transistores PNP y NPN, son bipolares o BJT y estn elaborados de germanio o de silicio. Estos se diferencian por la direccin de flujo de corriente que tiene cada uno, en la imagen siguiente se ve la direccin de cada uno: Los transistores tienen tres patillas, una llamada base (B), otra colector (C) y otra emisor (E), sta ltima siempre coincide con la flecha de la grfica del transistor. Los transistores NPN y PNP, sirven como amplificadores de corriente, ya que expulsarn por el emisor una cantidad mayor de corriente a la introducida en la base. A este factor se le llama beta y su valor depende de cada transistor. Para calcular el valor de corriente que saldr del transistor, se utiliza la siguiente frmula: Ic = *Ib , en donde Ic es la cantidad de corriente que pasa por la patilla colector, es el factor beta e Ib es la cantidad de corriente que entra por la base. Ie tiene el mismo valor que Ic, pero en el primer caso se refiere a la salida de corriente y en el segundo a la entrada de esta. 4n0n1m0

Unin PN

Se denominaunin PNa la estructura fundamental de loscomponentes electrnicoscomnmente denominados semiconductores, principalmentediodosytransistoresBJT. Est formada por la unin metalrgica de doscristales, generalmente deSilicio(Si), aunque tambin se fabrican deGermanio(Ge), de naturalezas P y N segn su composicin a nivel atmico. Estos tipos de cristal se obtienen aldoparcristales de metal puro intencionadamente con impurezas, normalmente con algn otro metal o compuesto qumico.

Unin P-N

En una unin entre un semiconductorpy unon, a temperatura ambiente, loshuecosde la zonappasan pordifusinhacia la zonany loselectronesde la zonanpasan a la zonap.

En la zona de la unin, huecos y electrones se recombinan, quedando una estrecha zona de transicin con una distribucin de carga debida a la presencia de los iones de las impurezas y a la ausencia de huecos y electrones.

Se crea, entonces un campo elctrico que produce corrientes de desplazamiento, que equilibran a las de difusin. A la diferencia de potencial correspondiente a este campo elctrico se le llamapotencial de contactoV0.

Semiconductores intrnsecos

En un cristal deSiliciooGermanioque forma una estructuratetradricasimilar a la delcarbonomedianteenlaces covalentesentre sus tomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energa necesaria para saltar a labanda de conduccindejando el correspondientehuecoen labanda de valencia(1). Las energas requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para elsilicioy elgermaniorespectivamente.

Obviamente el proceso inverso tambin se produce, de modo que los electrones puedencaer, desde el estado energtico correspondiente a la banda de conduccin, a un hueco en la banda de valencia liberando energa. A este fenmeno de singadera extrema se le denomina recombinacin. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creacin de pares e-h, y de recombinacin se igualan, de modo que la concentracin global de electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la concentracin de electrones (cargasnegativas) y "p" la concentracin de huecos (cargaspositivas), se cumple que:

ni= n = p

siendo nilaconcentracin intrnsecadel semiconductor, funcin exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento.

Ejemplos de valores de nia temperatura ambiente (27c):

ni(Si) = 1.5 1010cm-3

ni(Ge) = 1.73 1013cm-3

Los electrones y los huecos reciben el nombre deportadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente elctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes elctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conduccin, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tendern asaltara los huecos prximos (2), originando unacorriente de huecoscon 4 capas ideales y en la direccin contraria al campo elctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conduccin.

[editar]Semiconductores extrnsecos

Si a un semiconductor intrnseco, como el anterior, se le aade un pequeo porcentaje deimpurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrnseco, y se dice que estdopado. Evidentemente, las impurezas debern formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente tomo de silicio. Hoy en dia se han logrado aadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una modificacin del material.

[editar]Semiconductor tipo N

UnSemiconductor tipo Nse obtiene llevando a cabo un proceso dedopadoaadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero deportadores de cargalibres (en este caso negativos oelectrones).

Cuando se aade el material dopante, aporta sus electrones ms dbilmente vinculados a los tomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es tambin conocido comomaterial donante, ya que da algunos de sus electrones.

El propsito deldopaje tipo nes el de producir abundancia de electrones portadores en el material. Para ayudar a entender cmo se produce eldopajetipo n considrese el caso delsilicio(Si). Los tomos del silicio tienen unavalencia atmicade cuatro, por lo que se forma unenlace covalentecon cada uno de los tomos de silicio adyacentes. Si un tomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla peridica (ej.fsforo(P),arsnico(As) oantimonio(Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entonces ese tomo tendr cuatro enlaces covalentes y un electrn no enlazado. Este electrn extra da como resultado la formacin de "electrones libres", el nmero de electrones en el material supera ampliamente el nmero de huecos, en ese caso los electrones son losportadores mayoritariosy los huecos son losportadores minoritarios. A causa de que los tomos con cinco electrones de valencia tienen un electrn extra que "dar", son llamados tomos donadores. Ntese que cada electrn libre en el semiconductor nunca est lejos de un ion dopante positivo inmvil, y el materialdopadotipo N generalmente tiene unacarga elctricaneta final de cero.

[editar]Semiconductor tipo P

UnSemiconductor tipo Pse obtiene llevando a cabo un proceso dedopado, aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero de portadores de carga libres (en este caso positivos ohuecos).

Cuando se aade el material dopante libera los electrones ms dbilmente vinculados de los tomos del semiconductor. Este agente dopante es tambin conocido comomaterial aceptory los tomos del semiconductor que han perdido un electrn son conocidos comohuecos.

El propsito deldopajetipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un tomo tetravalente (tpicamente del grupo 14 de la tabla peridica) se le une un tomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla peridica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entonces ese tomo tendr tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrar en condicin de aceptar un electrn libre.

As los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red, un protn del tomo situado en la posicin del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve equilibrado como una cierta carga positiva. Cuando un nmero suficiente de aceptores son aadidos, los huecos superan ampliamente la excitacin trmica de los electrones. As, los huecos son losportadores mayoritarios, mientras que los electrones son losportadores minoritariosen los materiales tipo P. Losdiamantesazules (tipo IIb), que contienen impurezas deboro(B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera natural.

Los semiconductores extrnsecos se caracterizan, porque tienen un pequeo porcentaje de impurezas, respecto a los intrnsecos; esto es, posee elementos trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el elemento est dopado.Dependiendo de si est dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se diferencian dos tipos:

Semiconductores extrnsecos tipo n:

Son los que estn dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la ltima capa, lo que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrn quede fuera de ningn enlace covalente, quedndose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la temperatura, adems de la formacin de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han unido.Como ahora en el semiconductor existe un mayor nmero de electrones que de huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras.En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo; introduciendo slo un tomo donador por cada 1000 tomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductores extrnsecos de tipo p:

En este caso son los que estn dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energtico ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrn que lo rellenara.Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

e dice que un semiconductor es intrnseco cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni tomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda prohibida ser igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conduccin.Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrnseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atraccin que ejerce el ncleo del tomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conduccin y all funcionan como electrones de conduccin, pudindose desplazar libremente de un tomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente elctrica.

Como se puede observar en la ilustracin, en el caso de los semiconductores el espacio correspondiente a la banda prohibida es mucho ms estrecho en comparacin con los materiales aislantes. La energa de salto de banda (Eg) requerida por los electrones para saltar de la banda de valencia a la de conduccin es de 1 eV aproximadamente. En los semiconductores de silicio (Si), la energa de salto de banda requerida por los electrones es de 1,21 eV, mientras que en los de germanio (Ge) es de 0,785 eV.

Estructura cristalina de un semiconductor intrnseco, compuesta solamente por tomos de silicio (Si) que forman una celosa. Como se puede observar en la ilustracin, los tomos de silicio (que slo poseen cuatro electrones en la ltima rbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear as un cuerpo slido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportar igual que si fuera un cuerpo aislante.

Banda de valencia

En la teora deslidos, se denominabanda de valenciaal ms alto de los intervalos deenergaselectrnicas(o bandas) que se encuentra ocupado por electrones en elcero absoluto. Ensemiconductoresyaislantesaparece unabanda prohibidaogappor encima de la banda de valencia, seguida de unabanda de conduccina energas an mayores. En losmetales, por el contrario, no hay ningn intervalo de energas prohibidas entre las bandas de valencia y de conduccin.

Estructura de bandas en un semiconductorVaseconduccin elctricaysemiconductorpara una descripcin ms detallada de la estructura de bandas.

La bajaconductividad elctricade semiconductores y aislantes se debe a las propiedades de la banda de valencia. Se da la circunstancia de que el nmero de electrones es exactamente el mismo que el nmero de estados disponibles en la banda de valencia. En la banda prohibida, evidentemente, no hay estados electrnicos disponibles. Esto significa que cuando se aplica uncampo elctricolos electrones no pueden incrementar su energa (es decir, no pueden seracelerados) al no haber estados disponibles donde puedan moverse ms rpidamente de lo que ya lo hacen.

Pese a esto, los aislantes presentan cierta conductividad. Esto se debe a la excitacin trmica, que provoca que algunos electrones adquieran suficiente energa como para saltar la banda prohibida y acceder a un estado de la banda de conduccin. Una vez que se encuentran en la banda de conduccin pueden conducir la electricidad. Adems, los estados disponibles ohuecosque dejan los electrones en la banda de valencia contribuyen tambin a la conductividad del material, al permitir cierta movilidad al resto de electrones de la banda de valencia.

Un error frecuente consiste en decir que los electrones de los aislantes se encuentran "ligados" a los ncleos atmicos, dando a entender que no pueden moverse. De hecho, estos electrones s pueden moverse libremente por el aislante, alcanzando velocidades del orden de 100 km por segundo. Tanto en metales como en aislantes, los electrones se encuentran "deslocalizados", sin que sea posible asignarles una posicin definida dentro del material.

Banda de conduccin

Ensemiconductoresyaislantes, labanda de conduccines el intervalo deenergaselectrnicasque, estando por encima de labanda de valencia, permite a los electrones sufriraceleracionespor la presencia de uncampo elctricoexterno y, por tanto, permite la presencia decorrientes elctricas. Los electrones de un semiconductor pueden alcanzar esta banda cuando reciben suficiente energa, generalmente debido a la excitacin trmica.

Teora de bandas

Representacin esquemtica de las bandas de energa en un slido.

Enfsica de estado slido, teora segn la cual se describe la estructuraelectrnicade un material como unaestructura de bandas electrnicas, o simplementeestructura de bandas de energa. La teora se basa en el hecho de que en una molcula losorbitalesde untomose solapan produciendo un nmerodiscretode orbitales moleculares.

[editar]Configuracin de las bandas de energa.

Cuando una gran cantidad de tomos se unen, como en las estructuras slidas, el nmero de orbitales de valencia (los niveles de energa ms altos) es tan grande y la diferencia deenergaentre cada uno de ellos tan pequea que se puede considerar como si los niveles de energa conjunta formaran bandas continuas ms que niveles de energa como ocurre en los tomos aislados. Sin embargo, debido a que algunos intervalos de energa no contienen orbitales, independiente del nmero de tomos agregados, se crean ciertas brechas energticas entre las diferentes bandas.

Dentro de una banda los niveles de energa son tan numerosos que tienden a considerarse continuos si se cumplen dos hechos:

1. Si la separacin entre niveles de energa en unslidoes comparable con la energa que los electrones constantemente intercambian en fotones;

2. Si dicha energa es comparable con la incertidumbre energtica debido alprincipio de incertidumbre de Heisenberg, para periodos relativamente largos de tiempo.

[editar]Bandas de energa

Labanda de valencia(BV): est ocupada por loselectrones de valenciade los tomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la ltima capa o nivel energtico de los tomos. Los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los tomos, pero no intervienen en la conduccin elctrica.

Labanda de conduccin(BC): est ocupada por loselectrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus tomos y pueden moverse fcilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente elctrica.

En consecuencia, para que un material sea buen conductor de la corriente elctrica debe haber poca o ninguna separacin entre la BC y la BV (que pueden a llegar a solaparse), de manera que los electrones puedan saltar entre las bandas. Cuando la separacin entre bandas sea mayor, el material se comportar como unaislante. En ocasiones, la separacin entre bandas permite el salto entre las mismas de solo algunos electrones. En estos casos, el material se comportar como un semiconductor. Para que el salto de electrones entre bandas en este caso se produzca deben darse alguna o varias de las siguientes situaciones: que el material se encuentre a altas presiones, a una temperatura elevada o se le aadan impurezas (que aportan ms electrones).

Entre la banda de valencia y la de conduccin existe una zona denominadabanda prohibidaogap, que separa ambas bandas y en la cual no pueden encontrarse los electrones.