brecha de banda
En la física del estado sólido , una banda prohibida , también llamada brecha de energía , es un rango de energía en un sólido donde no pueden existir estados electrónicos . En los gráficos de la estructura de banda electrónica de los sólidos, la brecha de banda generalmente se refiere a la diferencia de energía (en electronvoltios ) entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción en aisladores y semiconductores . Es la energía requerida para promover que un electrón de valencia unido a un átomo se convierta en un electrón de conducción., que es libre de moverse dentro de la red cristalina y sirve como portador de carga para conducir la corriente eléctrica . Está estrechamente relacionado con la brecha HOMO/LUMO en química. Si la banda de valencia está completamente llena y la banda de conducción está completamente vacía, los electrones no pueden moverse en el sólido; sin embargo, si algunos electrones se transfieren de la banda de valencia a la de conducción, entonces la corriente puede fluir (ver generación y recombinación de portadores ). Por lo tanto, la banda prohibida es un factor importante que determina la conductividad eléctrica de un sólido. Las sustancias con espacios de banda grandes generalmente son aislantes , aquellas con espacios de banda más pequeños son semiconductores , mientras queLos conductores tienen espacios de banda muy pequeños o ninguno, porque las bandas de valencia y conducción se superponen.
Cada sólido tiene su propia estructura característica de bandas de energía . Esta variación en la estructura de la banda es responsable de la amplia gama de características eléctricas observadas en varios materiales. En los semiconductores y aisladores, los electrones están confinados a un número de bandasde energía, y prohibido de otras regiones. El término "banda prohibida" se refiere a la diferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción. Los electrones pueden saltar de una banda a otra. Sin embargo, para que un electrón salte de una banda de valencia a una de conducción, requiere una cantidad mínima específica de energía para la transición. La energía requerida difiere con diferentes materiales. Los electrones pueden ganar suficiente energía para saltar a la banda de conducción al absorber un fonón (calor) o un fotón (luz).
Un semiconductor es un material con una banda prohibida de tamaño intermedio pero distinta de cero que se comporta como un aislante en el cero absoluto pero permite la excitación térmica de electrones en su banda de conducción a temperaturas que están por debajo de su punto de fusión. Por el contrario, un material con una banda prohibida grande es un aislante . En los conductores , las bandas de valencia y conducción pueden superponerse, por lo que es posible que no tengan una banda prohibida.
La conductividad de los semiconductores intrínsecos depende en gran medida de la banda prohibida. Los únicos portadores de carga disponibles para la conducción son los electrones que tienen suficiente energía térmica para ser excitados a través de la brecha de banda y los huecos de electrones que quedan cuando ocurre tal excitación.
La ingeniería de banda prohibida es el proceso de controlar o alterar la banda prohibida de un material mediante el control de la composición de ciertas aleaciones semiconductoras , como GaAlAs, InGaAs e InAlAs. También es posible construir materiales en capas con composiciones alternas mediante técnicas como la epitaxia de haz molecular . Estos métodos se explotan en el diseño de transistores bipolares de heterounión (HBT), diodos láser y células solares .
La distinción entre semiconductores y aislantes es una cuestión de convención. Un enfoque es pensar en los semiconductores como un tipo de aislante con una banda prohibida estrecha. Los aisladores con una banda prohibida mayor, normalmente superior a 4 eV, [1] no se consideran semiconductores y, por lo general, no exhiben un comportamiento semiconductor en condiciones prácticas. La movilidad de electrones también juega un papel en la determinación de la clasificación informal de un material.
