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Lección 6

Aislantes, conductores y semiconductores desde la Teoría de Bandas

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Ahora veamos las características de los aislantes, conductores y semiconductores desde la Teoría de Bandas.

Los sólidos están formados por átomos que interaccionan entre sí. En esta interacción los orbitales electrónicos más externos (los de mayor energía) se pueden mezclar con los orbitales de los átomos vecinos, formando orbitales moleculares.

Veamos un ejemplo con el átomo de Litio, con número atómico Z = 3, o sea con tres electrones distribuidos alrededor del núcleo.

La configuración electrónica del átomo de Litio es 1S2 2S1.Entonces 1 átomo de Litio tienen 1 órbital átomico 2S semilleno (con 1 electrón de valencia) y 3 orbitales atómicos 2P (de valencia pero vacios).

Según la Teoría de Bandas los orbitales atómicos 2S de los átomos de Litio de un metal se combinan entre sí en su estructura cristalina. Estos orbitales tienen valores de energía muy similares y por tanto se dice que forman una banda de energía. A esta banda se le llama "Banda de Valencia".

Lo mismo pasa con los orbitales vacios 2P. Estos orbitales se combinan formando orbitales moleculares vacios que tienen valores de energía muy similares y que al juntarlos forman una banda de energía que se llama "Banda de Conducción". Los orbitales moleculares vacios pueden ser ocupados por electrones de valencia si estos reciben un mínimo aporte de energía a través de calor, luz o electricidad. Cuando el electrón de valencia salta a una banda de conducción entonces se convierte en un electrón libre porque tiene mayor movilidad y por lo tanto puede conducir la corriente eléctrica.

Los electrones libres en la banda de conducción pueden saltar de dicha banda y desplazarse de un átomo a otro dentro del cuerpo que los contiene. 

En los metales como el Litio las bandas de valencia y de conducción se superponen y esto hace que los electrones se muevan con libertad de una a otra. En el caso de los semiconductores, las bandas de valencia y de conducción no se superponen, pero la diferencia energética entre ambas es pequeña, por lo que una pequeña aportación energética hará que puedan promocionar electrones a la banda de conducción y, por tanto, conducir la corriente eléctrica. En esta situación la pequeña banda que se forma se llama "Banda Prohibida".

En los aislantes las dos bandas están tan alejadas que la banda de conducción es inaccesible, motivo por el cual son incapaces de conducir la corriente.
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