Hola Nicolas, han pasado 25 años desde que me ocupé de esto la última vez, pero déjame intentar …
La brecha de banda es algo que aparece solo en piezas meso y macroscópicas de semiconductores.
Comencemos con los niveles de energía de un átomo: los electrones en la capa atómica se están “moviendo” (¡simplificado!) En niveles de energía discretos que están muy bien separados entre sí. Cada uno de estos niveles de energía puede estar ocupado por un número limitado de electrones. Si el caparazón está lleno, se habla de un caparazón “cerrado”. En el estado fundamental atómico, hay muchos electrones sentados en capas de electrones “cerrados” y unos pocos en el nivel de energía más externo, solo aquellos que participan en reacciones atómicas como la formación de compuestos químicos, que se llama “nivel de valencia” y los electrones son llamados “electrones de valencia”. El siguiente nivel de energía desocupado se llama “primer estado excitado”.
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Si ahora junta los átomos y forma una pieza macroscópica de ellos (lo más fácil de manejar matemáticamente es un cristal donde los átomos se alinean con las estructuras periódicas), los átomos vecinos distorsionan los niveles de energía atómica. En los semiconductores, los niveles de energía se distorsionan de manera que los electrones de valencia todavía se comportan como en un átomo. Están unidos al núcleo atómico por fuerzas electrostáticas. Pero el primer excitado, que está separado por una cierta cantidad de energía del nivel de valencia, de los muchos átomos se superpone y se deslocaliza y ya no está unido a un solo átomo, sino que se extiende sobre todo el cristal. Cuando los electrones están unidos al núcleo atómico en el nivel de valencia (banda de valencia), pueden moverse por todo el lugar en el primer nivel excitado: la banda de conducción.
La energía que se necesita para hacer que un electrón salte de la banda de valencia a la banda de conducción se denomina “brecha de energía”. En una pieza macroscópica de materia, es el equivalente de la energía de excitación desde el estado fundamental hasta el primer nivel excitado en átomos libres.
Espero que haya sido comprensible …
