Banda prohibida para niños
La banda prohibida, también conocida como brecha de bandas o brecha energética (en inglés, bandgap), es un concepto importante en la física del estado sólido. Se refiere a la diferencia de energía entre dos niveles clave en un material: la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción.
Esta "brecha" de energía es fundamental para entender cómo los materiales conducen la electricidad. Está presente en los aislantes y en los semiconductores. La banda prohibida fue una contribución muy importante de la mecánica cuántica.
La capacidad de un semiconductor puro para conducir electricidad depende mucho de qué tan ancha sea esta brecha. Solo los electrones que tienen suficiente energía térmica pueden "saltar" esta banda prohibida y así ayudar a conducir la electricidad.
Contenido
¿Qué es la Banda Prohibida?
La banda prohibida es la cantidad mínima de energía que un electrón necesita para liberarse de su estado "atado" dentro de un material.
¿Cómo funciona la Banda Prohibida?
Cuando un electrón recibe la energía suficiente para superar la banda prohibida, se "excita" y pasa a un estado libre. En este estado, el electrón puede moverse y participar en la conducción de electricidad.
La brecha de banda nos dice cuánta energía se necesita para que un material conduzca electricidad. También nos indica cuánta energía puede generar el material en ciertas condiciones. Cuando un electrón se mueve, deja un "agujero" en el lugar donde estaba. Este agujero también puede participar en la conducción.
Bandas de Energía en Materiales
Para entender mejor, imagina que los electrones en un material tienen diferentes niveles de energía, como pisos en un edificio.
- La banda de valencia es como el piso de abajo, donde los electrones están fuertemente unidos a los átomos.
- La banda de conducción es como un piso de arriba, donde los electrones están libres para moverse y conducir electricidad.
La banda prohibida es el "salto" de energía que un electrón necesita para ir del piso de abajo (banda de valencia) al piso de arriba (banda de conducción).
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Banda Prohibida Superconductora
Existe otro concepto llamado banda prohibida superconductora (o gap superconductor). A pesar de su nombre, no es lo mismo que la banda prohibida de los semiconductores.
Esta banda prohibida superconductora se refiere a la energía necesaria para "romper" la unión entre dos electrones que forman un "par de Cooper" en un material superconductor. Los materiales superconductores tienen propiedades especiales a temperaturas muy bajas.
Si la energía aplicada es menor que un cierto valor (el doble de la banda prohibida superconductora), no es posible romper estos pares de electrones. Esto significa que los electrones no absorberán energía si esta es muy baja.
Más específicamente, la banda prohibida superconductora es la energía por electrón entre el estado más estable de un superconductor y el primer estado de mayor energía.
Esta banda prohibida es más grande cuando la temperatura es muy, muy baja (cerca del cero absoluto). A medida que la temperatura sube, esta brecha disminuye hasta desaparecer cuando el material deja de ser superconductor.
Lista de Bandas Prohibidas en Semiconductores
La siguiente tabla muestra las bandas prohibidas de algunos materiales semiconductores comunes. Recuerda que esta es la banda prohibida de semiconductores, no la superconductora.
| Material | Símbolo | Banda Prohibida (eV) a 300K |
|---|---|---|
| Silicio | Si | 1.11 |
| Germanio | Ge | 0.66 |
| Carburo de silicio | SiC | 2.86 |
| Fosfuro de aluminio | AlP | 2.45 |
| Arseniuro de aluminio | AlAs | 2.16 |
| Antimoniuro de aluminio | AlSb | 1.6 |
| Nitruro de aluminio | AlN | 6.3 |
| Diamante | C | 5.5 |
| Fosfuro de galio (III) | GaP | 2.26 |
| Arseniuro de galio | GaAs | 1.43 |
| Nitruro de galio (III) | GaN | 3.4 |
| Sulfuro de galio (II) | GaS | 2.5 (@ 295 K) |
| Antimoniuro de galio | GaSb | 0.7 |
| Nitruro de indio (III) | InN | 0.7 |
| Fosfuro de indio (III) | InP | 1.35 |
| Arseniuro de indio (III) | InAs | 0.36 |
| Óxido de zinc | ZnO | 3.37 |
| Sulfuro de zinc | ZnS | 3.6 |
| Seleniuro de zinc | ZnSe | 2.7 |
| Telururo de zinc | ZnTe | 2.25 |
| Sulfuro de cadmio | CdS | 2.42 |
| Seleniuro de cadmio | CdSe | 1.73 |
| Telururo de cadmio | CdTe | 1.49 |
| Sulfuro de plomo (II) | PbS | 0.37 |
| Seleniuro de plomo (II) | PbSe | 0.27 |
| Telururo de plomo (II) | PbTe | 0.29 |
| Óxido de cobre (I) | Cu2O | 2.17 |
Véase también
En inglés: Band gap Facts for Kids
- Aislamiento eléctrico
- Banda de conducción
- Banda de valencia
- Fotodiodo
- Hueco de electrón
- Semiconductor
- Teoría de bandas
- Transistor de efecto de campo
