Diagrama de bandas
En la física de estado sólido de semiconductores , un diagrama de bandas es un diagrama que traza varios niveles de energía de electrones clave ( nivel de Fermi y bordes de banda de energía cercanos ) en función de alguna dimensión espacial, que a menudo se denota x . [1] Estos diagramas ayudan a explicar el funcionamiento de muchos tipos de dispositivos semiconductores y a visualizar cómo cambian las bandas con la posición (flexión de la banda). Las bandas pueden estar coloreadas para distinguir el nivel de llenado .
Un diagrama de bandas no debe confundirse con un diagrama de estructura de bandas . Tanto en un diagrama de bandas como en un gráfico de estructura de bandas, el eje vertical corresponde a la energía de un electrón. La diferencia es que en una gráfica de estructura de bandas, el eje horizontal representa el vector de onda de un electrón en un material homogéneo infinitamente grande (un cristal o vacío), mientras que en un diagrama de bandas el eje horizontal representa la posición en el espacio, que generalmente pasa por múltiples materiales.
Debido a que un diagrama de bandas muestra los cambios en la estructura de bandas de un lugar a otro, la resolución de un diagrama de bandas está limitada por el principio de incertidumbre de Heisenberg : la estructura de bandas se basa en el impulso, que solo se define con precisión para escalas de longitud grandes. Por esta razón, el diagrama de bandas solo puede representar con precisión la evolución de las estructuras de bandas en escalas de gran longitud, y tiene dificultades para mostrar la imagen microscópica de interfaces nítidas a escala atómica entre diferentes materiales (o entre un material y el vacío). Normalmente, una interfaz debe representarse como una "caja negra", aunque sus efectos a larga distancia se pueden mostrar en el diagrama de bandas como una flexión de banda asintótica. [2]
El eje vertical del diagrama de bandas representa la energía de un electrón, que incluye tanto la energía cinética como la potencial. El eje horizontal representa la posición, que a menudo no se dibuja a escala. Tenga en cuenta que el principio de incertidumbre de Heisenberg evita que el diagrama de bandas se dibuje con una resolución posicional alta, ya que el diagrama de bandas muestra bandas de energía (como resultado de una estructura de bandas dependiente del momento ).
Si bien un diagrama de bandas básico solo muestra los niveles de energía de los electrones, a menudo un diagrama de bandas se decorará con características adicionales. Es común ver representaciones de dibujos animados del movimiento en energía y posición de un electrón (o agujero de electrones ) mientras se desplaza, es excitado por una fuente de luz o se relaja de un estado excitado. El diagrama de bandas puede mostrarse conectado a un diagrama de circuito que muestra cómo se aplican los voltajes de polarización, cómo fluyen las cargas, etc. Las bandas pueden estar coloreadas para indicar el llenado de los niveles de energía , o algunas veces los espacios de banda se colorean en su lugar.
Dependiendo del material y el grado de detalle deseado, se trazarán una variedad de niveles de energía en función de la posición:
