UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

PRE UNIVERSITARIO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA

MODALIDADPRESENCIAL

ORGANIZACIÓN DEL APRENDIZAJE

SEMI-CONDUCTORES

Andrés Abril Camino

AMBATO - ECUADOR

(Octubre-2013)

Bandas de energía

Los niveles de energía de los electrones en los átomos de un cristal no coinciden con los

niveles de energía de los electrones para átomos aislados. En un gas, por ejemplo, se

pueden despreciar las interacciones de unos átomos con otros y los niveles de energía no se

ven modificados. Sin embargo, en un cristal el campo eléctrico producido por los electrones

delos átomos vecinos modifica los niveles energéticos de los electrones de los átomos de

sus alrededores.

De este modo el cristal se transforma en un sistema electrónico que obedece al principio de

exclusión de Pauli, que imposibilita la existencia de dos electrones en el mismo

estado,transformándose los niveles discretos de energía en bandas de energía donde la

separación entre niveles energéticos se hace muy pequeña. La diferencia de energía

máxima y mínima es variable dependiendo de la distancia entre átomos y de su

configuración electrónica.

Dependiendo de la distancia interatómica y del número de electrones de enlace entre otros

factores, pueden formarse distintos conjuntos de bandas que pueden estar llenas, vacías o

separaciones entre bandas por zonas prohibidas o

bandas prohibidas, formándose así bandas de valencia, bandas de conducción y bandas

prohibidas.

Así en un aislante la separación entre la banda de valencia y la banda de conducción es muy

grande ( 10 eV), y esto significa que un electrón en la banda de valencia necesita mucha

energía para ser liberado y convertirse en un electrón libre necesario para la conducción. En

un conductor las dos bandas están solapadas, no necesitándose ninguna energía para

alcanzar la conducción. En un semiconductor la banda prohibida es muy estrecha, o lo que

es lo mismo, es muy fácil que un

electrón sea liberado y pueda

contribuir a la conducción.

Modelo atómico de Bohr

Como ya se presentó, los electrones se ubican alrededor de un núcleo formado por protones

y neutrones que concentran la mayoría de la masa atómica. Pues bien, cabe preguntarse:

¿Por qué los electrones no son atraídos hacia el núcleo, ya que son de cargas opuestas,

colapsando así el átomo? Éste y otros cuestionamientos se hicieron en torno al modelo de

electrones orbitando alrededor del núcleo. No fue hasta principios de 1900 que se pudo

introducir un nuevo modelo mas exacto. Niels Bohr postuló, acertadamente, que los

electrones no pueden ocupar libremente todas las distancias posibles alrededor del núcleo

ni, por consiguiente, cualquier estado de energía; sino que éstos están cuantificados:

solamente están permitidos determinados niveles energéticos.

Bandas de energía

Conjunto de niveles energéticos que pueden estar o no ocupados por un electrón de un

átomo o átomos.

Bandas de Energía en un Semiconductor tipo n

Tenemos muy pocos átomos de impurezas (+5) en comparación con los átomos normales

de Silicio (+4).

Como se impurifica muy poco, los átomos de +5 están muy alejados y no se influyen entre

si, pudiendo tener electrones de átomos diferentes la misma energía y por lo tanto están

todos al mismo nivel. Esa energía que tienen se llama "Energía del átomo Donador" (ED).

En cuanto se le de una pequeña energía los electrones suben a la BC y se convierten en

libres.

También se da la generación térmica (generación de pares hueco-electrón), pero lo que más

ocurre es debido a las impurezas y muy poco por generación térmica, por lo que

despreciaremos esta última.

Bandas de Energía en un Semiconductor tipo p

En este caso las impurezas son átomos de +3, y como en el caso anterior hay muy pocos y

están muy alejados por lo que los electrones de átomos diferentes están al mismo nivel

energético. Esa energía es la "Energía del átomo Aceptor" (EA).

A 300 ºK o más, el electrón cercano a EA sube desde la BV y deja un hueco en la BV

mientras que la EA se llena de electrones. Se sigue dando generación térmica también, pero

como antes es despreciable.