Conductores, semiconductores y aislantes Julio César González Torres
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Conductores, semiconductores y aislantes
Julio César González Torres
El tipo de enlace que forma al sólido determina las propiedades electrónicas del material.
Hielo.Fuerzas de Van der Waals.
CuarzoEnlace covalente.
Oro.Enlace metálico.
En los sólidos formados por enlaces covalentes, iónicos (sales) y por fuerzas de Van der Waals no hay electrones ni orbitales disponibles para la conducción de electricidad.
Teoría cuántica de orbitales moleculares.
La combinación de dos orbitales atómicos genera orbitales moleculares.
H
1s
H
1sEne
rgía
σ
σ*
H2
Analicemos el enlace H2
Si
O
3p3
2p
3s2
O2p
CuarzoEnlace covalente.
Ene
rgía
Si
OO
Si
3p3
CuarzoEnlace covalente.
9 eVE
nerg
ía
Orbitales ocupados
Orbitales desocupados
Materiales formados por un metal y un no metal
OTi3d2
2p
4s2
3p6
TiO2
Ene
rgía
Ti
O2p
3s2
O2p
Ti
3d
TiO2
3.2 eVE
nerg
ía
3p
σ
σ*
Analicemos el enlace de Al2
3s
2p
2s
2s
3p
3s
2p
2s
2s
σ
σ*
Analicemos el enlace de Al4
σ
σ*
Analicemos el enlace de Aln
Banda de conducción
Banda de valencia
Banda de Conducción
Banda de Valencia
ConductorAu
AislanteCuarzo SiO2
Banda de Conducción
Banda de Valencia
9 eV
SemiconductorSilice Si
Banda de Conducción
Banda de Valencia
1.17 eV
Banda de Conducción
Banda de Valencia
Banda de Valencia
Eg<0.5 eVConductor
Banda de Conducción
Eg>4 eVAislante
Banda de Conducción
Banda de Valencia
0.5 eV>Eg<4 eV
Semiconductor
¿Cómo se explica la conductividad eléctrica con la teoría de bandas?
Banda de Conducción
Banda de Valencia
1.17 eV
Cuando no hay una energía que perturbe al material, los electrones están en la banda de valencia, en su estado de mínima energía.
Banda de Conducción
Banda de Valencia
1.17 eV
Cuando se le perturba con energía
Banda de Conducción
Banda de Valencia
1.17 eV
h+
h+
Pot
enci
alN
egat
ivo P
otencial
Positivo
h+
¿Qué tipo de energía puede excitar a los electrones?
h+
¿Qué tipo de energía puede excitar a los electrones?
Energía Térmica
Potencial Eléctrico
Radiación electromagnética
Energía Térmica
La temperatura puede excitar a los electrones de los conductores.
La disipación de la temperatura es crucial en los microprocesadores.
Una batería puede inducir corriente eléctrica en un conductor y en un semiconductor
Los electrones se mueven hacia el déficit de electrones y los huecos se mueven hacia el exceso de electrones.
Energía Térmica
Potencial Eléctrico
Radiación electromagnética
Dependiendo del material, la luz visible puede excitar electrones
Los electrones y los huecos generan reacciones con las especies en el medio y pueden degradar materia orgánica
Radiación electromagnética
Semiconductor
Luz
¿Cómo modificar las propiedades de los semiconductores?
3p
σ
σ*
3p
σ
σ* Banda de Conducción
Banda de Valencia
1.17 eV
Si Si
3s 3s
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
σ
σ*
σ
σ* Banda de Conducción
Banda de Valencia
1.0 eV
Introduciendo estados desocupados
Contaminando al material con elementos
σ
σ*
σ
σ* Banda de Conducción
Banda de Valencia
1.0 eV
Introduciendo estados ocupados
Contaminando al material con elementos
Banda de Conducción
Banda de Valenciah+
Si
Si
Si
Si
Al
Si
Si
Si
Si
Semiconductor Tipo P
Banda de Conducción
Banda de Valencia
Si
Si
Si
Si
P
Si
Si
Si
Si
Semiconductor Tipo N
Banda de Conducción
Banda de Valencia
Si
Si
Si
Si
P
Si
Si
Si
Si
Semiconductor Tipo N
Banda de Conducción
Banda de Valencia
Si
Si
Si
Si
Al
Si
Si
Si
Si
Semiconductor Tipo P
Banda de Conducción
Banda de Valencia
Semiconductor Tipo PN
Banda de Conducción
Banda de Valencia
DiodoTipo PN
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