E1 Estructura de Bandas

Tópico

La relación de dispersión entre la energía y el momento de un electrón de este material semiconductor, cerca de los extremos de sus bandas de energía, sigue una dispersión parabólica que describe tanto a la banda de conducción como a la banda de valencia cerca de sus respectivos extremos. En torno a cada uno de ellos, la energía de este electrón varía cuadráticamente con su momento, de manera análoga a la energía cinética de una partícula libre, aunque con una masa efectiva propia de este material semiconductor que sustituye, en esta relación, a la masa real del electrón. Que esta masa efectiva sea menor hace que la curvatura de esta dispersión parabólica sea mayor y que la energía varíe más rápidamente con el momento cerca de estos extremos de banda.

La separación energética entre el extremo inferior de esta banda de conducción y el extremo superior de esta banda de valencia define el bandgap de este material semiconductor, el mismo bandgap que otro modelo de este conjunto determina mediante el modelo de Tauc a partir de su coeficiente de absorción cerca del borde de banda. Cuanto mayor sea la separación energética entre estos dos extremos, mayor será este bandgap; que ambos extremos se aproximen entre sí hace, en consecuencia, que este bandgap disminuya.

La magnitud de esta separación entre las bandas determina a su vez una propiedad fundamental del comportamiento electrónico de este material. Un bandgap amplio corresponde al comportamiento de un aislante, mientras que un bandgap más reducido permite el comportamiento semiconductor. Cuando no existe una región energética prohibida y aparecen bandas parcialmente ocupadas o solapadas, el material presenta comportamiento metálico. Esta estructura de bandas no es fija, porque la temperatura de este material modifica su bandgap según la relación de Varshni: al aumentar la temperatura, este bandgap disminuye respecto del valor que tendría a temperatura nula.

Este bandgap, una vez determinada su magnitud y considerada su dependencia con la temperatura, constituye a su vez un parámetro de entrada para la concentración intrínseca de portadores de carga que otro modelo de este conjunto describe con más detalle. Por ello, cualquier modificación del bandgap producida por la temperatura o por la composición de este material semiconductor se propaga directamente hasta esta concentración intrínseca de portadores de carga.

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