Espacio de banda

Un espacio de banda es la distancia entre la banda de valencia de electrones y la banda de conducción. Esencialmente, el espacio de banda representa la energía mínima que se requiere para excitar a un electrón hasta un estado en la banda de conducción donde puede participar en la conducción. El nivel de energía más bajo es la banda de valencia, y por lo tanto, si existe un espacio entre este nivel y la banda de conducción de energía más alta, se debe introducir energía para que los electrones se liberen. El tamaño y la existencia de este espacio de banda permite visualizar la diferencia entre conductores, semiconductores y aisladores. Estas distancias se pueden ver en diagramas conocidos como diagramas de bandas, que se muestran en la Figura 1 a continuación.

Figura 1. Diagrama de separación de banda que muestra los diferentes tamaños de separación de banda para conductores, semiconductores y aisladores.

Tamaños de espacio de banda

La figura 1 anterior ilustra la diferencia de tamaño del espacio de banda para aisladores, conductores y semiconductores. El tamaño de este espacio de banda le da a los materiales algunas de sus propiedades distintivas. En los aisladores, los electrones en la banda de valencia están separados por un gran espacio de banda de la banda de conducción. Esto significa que hay una gran brecha «prohibida» en las energías que impide que los electrones de la banda de valencia salten a la banda de conducción y participen en la conducción. Esto proporciona una explicación de por qué los aisladores no conducen bien la electricidad.

En conductores, la banda de valencia se solapa con la banda de conducción. Esta superposición hace que los electrones de valencia sean esencialmente libres para moverse dentro de la banda de conducción y participar en la conducción. Dado que no se trata de una superposición total, solo una fracción de los electrones de valencia puede moverse a través del material, pero esto sigue siendo suficiente para que los conductores sean conductores.

En semiconductores, la brecha es lo suficientemente pequeña como para que pueda ser salvada por algún tipo de excitación, tal vez del Sol en el caso de las células fotovoltaicas. El espacio es esencialmente de algún tamaño «intermedio» al de un conductor o aislante. En este modelo, un número finito de electrones es capaz de alcanzar la banda de conducción y conducir pequeñas cantidades de electricidad. La excitación de este electrón también permite que se produzcan procesos de conducción adicionales como resultado del agujero de electrones dejado atrás. Un electrón de un átomo cercano puede ocupar este espacio, creando una reacción en cadena de agujeros y movimiento de electrones que crea corriente. Una pequeña cantidad de material dopante puede aumentar drásticamente la conductividad de este material.