Teoría de Bandas

La teoría de bandas es similar a la teoría de los orbitales moleculares y proporciona un modelo de comportamiento electrónico en sólidos. Recuerde que cuando dos o más átomos se unen para convertirse en una molécula, sus orbitales atómicos se superponen para formar orbitales moleculares de niveles de energía discretos. A medida que aumenta el número de átomos en la molécula, también aumenta el número de orbitales moleculares.Los sólidos suelen tener una cantidad excesivamente grande de átomos, por lo que todo el sólido estaría representado con una cantidad excesivamente grande de orbitales moleculares espaciados estrechamente. Como resultado, los grupos de orbitales moleculares estarán tan espaciados que pueden considerarse rangos continuos, o bandas, de energía que los electrones pueden ocupar. Al igual que los orbitales moleculares, estas bandas están separadas por huecos de energía.Si los espacios son demasiado amplios, los electrones no pueden cruzarlos. En conductores como el cobre, los electrones de valencia están en una banda que también tiene muchos orbitales vacíos. Los electrones de valencia pueden moverse fácilmente entre orbitales, lo que permite que los electrones fluyan libremente a través del sólido.Estos electrones móviles son los responsables de la buena conductividad eléctrica del sólido. Los modelos de semiconductores y aisladores consideran dos bandas:la banda de valencia, que es la banda de mayor energía que contiene electrones en el estado fundamental, y la banda de conducción, que es la banda justo por encima de la banda de valencia. La banda de valencia tiene pocos o ningún orbital vacío, lo que limita la capacidad de los electrones de valencia para moverse a través del sólido si no pueden alcanzar los orbitales vacíos de la banda de conducción.Este es el comportamiento observado en aisladores como el vidrio, que tienen una gran brecha de energía, o banda prohibida, entre las bandas de valencia y conducción. Los aisladores, por tanto, presentan una conductividad eléctrica deficiente. Si la banda prohibida es pequeña, los electrones de valencia pueden excitarse a la banda de conducción y moverse libremente entre los orbitales vacíos allí.Los orbitales vacíos que dejan los electrones excitados también facilitan que los electrones se muevan dentro de la banda de valencia. Este es el comportamiento observado en semiconductores como el silicio, que son menos conductores que los metales pero más conductores que los aisladores.