Teoría de Bandas en electrónica

Teoría de Bandas en electrónica

febrero 4, 2020 1 Por Guillermo Huerta

La teoría de bandas en electrónica explica el comportamiento de los materiales al paso de la corriente desde una perspectiva. Definamos bandas de valencia (BV) al conjunto de energía que posee los electrones de valencia. Definimos la banda de conducción (BC) al conjunto de energía que posee los electrones para desligarse de sus átomos.

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Los electrones que están en esta banda pueden circular por el material si existe una tensión eléctrica que los empuje entre dos puntos. En base en estos conceptos tenemos 3 casos para los materiales correspondientes a teoría de bandas en electrónica:

Conductor:

En este caso la energía de la banda de valencia mayor que la de los electrones de la banda de conducción. Así pues, las bandas se superponen y muchos electrones de valencia se sitúan sobre la de conducción con suma facilidad.

Aislante:

En este caso la energía de la banda de conducción es mucho mayor que la energía de la banda de valencia. En este caso, existe una brecha entre la banda de valencia y la de conducción de modo que, los electrones de valencia no pueden acceder a la banda de conducción que estará vacía. Es por esto que el aislante no conduce. Solo a temperaturas muy altas.

Semiconductores:

En este caso de la teoría de bandas en electrónica de conducción y sigue siendo mayor que la banda de valencia, pero la brecha entre ambas es mucho más pequeña, de modo que, con el incremento pequeño de energía, los conductores pueden circular por el medio. Cuando un electrón salta desde la banda de valencia a la de conducción deja un hueco en la banda de valencia que, aunque parezca extraño, también se considera portador de corriente eléctrica. En resumen: en los semiconductores hay dos tipos de portadores de corriente eléctrica:

  • los electrones con carga negativa
  • los huecos con carga positiva

Materiales Extrínsecos en Teoría de bandas en electrónica tipo p y tipo n

Un material semiconductor que haya sido sujeto al proceso de dopado se le denomina un material extrínseco.

Existen dos tipos de materiales extrínsecos de gran importancia para la fabricación de dispositivos semiconductores: tipo n y el tipo p.

Materiales tipo n

Tanto un material tipo n como el tipo de material tipo p se forman mediante la adición de un número predeterminado de átomos de impureza de germanio o silicio. El tipo n se crea por medio de elementos de impureza que posee cinco electrones de valencia. Como se indica en la figura.

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Ejemplo de dopaje tipo n

Materiales tipo p

El material tipo p se forma mediante el dopado de un cristal puro de germanio o de silicio con átomos de impureza que poseen tres electrones de valencia. Los elementos que se utilizan con frecuencia para este propósito son boro, galio e indio.

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Ejemplo de dopaje tipo p

Flujo de electrones comparado con flujo hueco.

El efecto del hueco sobre la conducción. Si un electrón de valencia adquiere suficiente energía cinética para romper su unión covalente y llena un hueco, entonces se creerá un hueco en la unión covalente que libero el electrón.

Sin embargo, existe una transferencia de huecos hacia la izquierda y de electrones hacia la derecha. La dirección que se utiliza indicada por la dirección del flujo de huecos.

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Portadores mayoritarios y minoritarios.

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