Bandas de energía: qué permite que un material conduzca
Cambia el hueco y despierta el flujo
La banda inferior está repleta de electrones y la superior está vacía. Para que haya corriente, los electrones deben subir a la banda superior y hallar sitio para moverse. ¿Qué material envía electrones arriba?
Una banda llena no lleva corriente
Los electrones solo derivan en un sentido si hay sitio vacío. Cuando todos los asientos están ocupados, como en una banda de valencia llena, un electrón que quiere ir a la derecha no tiene adónde. Así, por muchos electrones que llene una banda completa, la corriente neta es cero.
Cruzar el hueco crea el flujo
Cuando unos electrones suben a la banda de conducción vacía, se abren dos canales a la vez: arriba esos electrones recorren el amplio espacio libre, y abajo se mueven las vacantes que dejaron (huecos). Cuántos lo logran es una pugna entre la energía térmica kT y el hueco Eg, así que decae exponencialmente al crecer el hueco.
El tamaño del hueco define tres clases
Sin hueco (bandas solapadas) los electrones siempre tienen sitio libre al lado: un conductor. Con un hueco de varios eV, demasiado ancho para el calor ambiente, resulta un aislante. En medio, con un hueco estrecho de cerca de 1 eV, está el semiconductor. Al ser pequeño, ese hueco se enciende y apaga con calor, dopaje o luz, y eso es lo que hace útiles a los semiconductores.
De vuelta a la primera pantalla
Lo que envió electrones a la banda superior fueron el conductor y el semiconductor. El conductor no tiene hueco y siempre fluye; el semiconductor apenas eleva electrones sobre su hueco estrecho con calor para formar un hilo. El aislante, bloqueado por su hueco ancho, mantiene sus electrones atrapados en una banda llena, incapaces de dar un paso. Al final, lo que decidió el flujo no fue el número de electrones, sino el único hueco entre la banda llena y la vacía.
Lo que sigue
Un hueco estrecho le da juego al semiconductor. La siguiente unidad mezcla una pizca de átomos de impureza (dopaje) para hacer deliberadamente mayoritarios a los electrones de la banda superior o a los huecos de la inferior. Uniendo el tipo n y el tipo p que así fabricas obtienes la unión pn, corazón de todo diodo.