Diagrama de bandas
En la física de estado sólido de los semiconductores , un diagrama de bandas es un diagrama que traza varios niveles de energía de electrones clave ( nivel de Fermi y bordes de bandas de energía cercanos ) como una 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 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 diagrama de estructura de bandas, el eje vertical corresponde a la energía de un electrón. La diferencia es que en un diagrama de estructura de banda, 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 banda, el eje horizontal representa la posición en el espacio, generalmente pasando 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 gran longitud. 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). Por lo general, una interfaz debe representarse como una "caja negra", aunque sus efectos de larga distancia se pueden mostrar en el diagrama de banda como una flexión de banda asintótica. [2]
El eje vertical del diagrama de bandas representa la energía de un electrón, que incluye energía cinética y potencial. El eje horizontal representa la posición, a menudo no está dibujado 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 ).
Mientras que un diagrama de bandas básico solo muestra los niveles de energía de los electrones, a menudo un diagrama de bandas estará decorado con otras características. Es común ver representaciones de dibujos animados del movimiento en energía y posición de un electrón (o hueco de electrón ) a medida que se desplaza, es excitado por una fuente de luz o se relaja de un estado excitado. El diagrama de bandas se puede mostrar conectado a un diagrama de circuito que muestre cómo se aplican los voltajes de polarización, cómo fluyen las cargas , etc.
Según el material y el grado de detalle deseado, se trazarán una variedad de niveles de energía contra la posición:
