conductores semiconductores y aislantes

conductores,semiconductores y aislantes.

Existen dos enfoques, basados en la teoría de bandas, que nos permiten entender los fenómenos de 

conductividad eléctrica y térmica en los materiales sólidos. Estos enfoques son capaces de explicar, por 

ejemplo, las diferencias tan enormes en las resistividades eléctricas de tales materiales. 

Uno de ellos es la teoría de F. Bloch (1928), la cual establece que los electrones de valencia en un 

metal se encuentran sujetos a un potencial no constante (periódico) y cuya periodicidad es impuesta por 

la estructura cristalina. El otro, la teoría de W. Heitler y F. London, considera los efectos sobre los 

niveles energéticos de átomos aislados, cuando dichos átomos se encuentran agrupados en un cristal 

(átomos inter-actuantes). Un tratamiento riguroso de la teoría de bandas, requiere de la aplicación de la 

mecánica cuántica, en cualquiera de los dos enfoques. El de Heitler y London, sin embargo, permite 

una explicación cualitativa más clara de los fenómenos involucrados en la teoría de bandas, por lo cual 

nos centraremos en esta teoría.

Los materiales pueden clasificarse, de acuerdo con su resistividad, en conductores, semiconductores

y aislantes.

Conductores.

Los conductores son materiales (generalmente metales), cuya estructura electrónica les permite 
conducir la corriente eléctrica a bajas temperaturas o temperatura ambiente; su resistividad al paso de 
la corriente eléctrica es muy baja. De acuerdo con la teoría de bandas, son aquellos materiales cuyas 
bandas de valencia y de conducción, se encuentran muy próximas entre si, al grado de que, en algunos 
casos, estas bandas se encuentran sobrepuestas. Los electrones de valencia en un átomo, son los que se 
encuentran en el nivel energético más externo y ellos permiten los enlaces entre los átomos en los 
compuestos o entre átomos del mismo tipo en una molécula o un cristal. Por su parte, los electrones de 
conducción son los que se han promovido a niveles energéticos vacíos, lo que da lugar a su mayor 
movilidad y, eventualmente, da origen a las corrientes eléctricas. Veamos lo que sucede, tanto con los 
electrones en estados energéticos de átomos aislados, como los que se encuentran en estados 
energéticos en un cristal (átomos inter-actuantes).

. Primero se ven los 
estados disponibles en un átomo aislado; luego, cuando tenemos N átomos aislados, los estados 
disponibles (o capacidad de los orbitales), por tanto, se ven multiplicadas por N (parte central del 
esquema), pero los niveles energéticos permanecen básicamente idénticos. Cuando los N átomos se 
encuentran muy cercanos entre sí, como en el caso de una red cristalina en un sólido, la capacidad 
electrónica no solo se ve multiplicada por N, sino que los estados disponibles no son más coincidentes 
con los estados energéticos de los N átomos aislados, pues se expanden para formar bandas de energía 
(parte final del esquema). Las regiones entre las bandas energéticas disponibles son zonas que no 
pueden ser ocupadas por los electrones (bandas prohibidas o barreras energéticas). Desde luego, en el 
átomo de litio, el orbital 1s se encuentra ocupado por 2 electrones, el 2s está parcialmente ocupado (1 
electrón) y los 2p se hallan vacíos. Por tanto, en el Li, la banda 2s constituye la banda de valencia; la 
banda 2p es la banda de conducción. En general, en los metales conductores, la banda de valencia y la 
banda de conducción se encuentra prácticamente juntas. La conductividad en algunos metales, como el 
sodio, constituye un caso muy especial, pues la banda de valencia (parcialmente llena), se encuentra 
sobrepuesta con la banda adyacente vacía, lo que hace al sodio un metal altamente conductor

Aislantes.

Los aislantes son materiales con una resistencia tan alta, que no es posible la conducción eléctrica a 
través de ellos. Un caso extremo, de este tipo de materiales, es el diamante
En el diamante, material aislante, existe una 
barrera de energía muy alta entre un orbital 2p 
lleno y los restantes vacios.3
En el diamante, debido a su particular estructura cristalina, existe una barrera de energía de 6 eV 
entre la banda de energía más baja 2p (llena con 2N electrones) y los restantes estados disponibles 2p
(4N estados posibles), por lo cual no se puede promover electrones de la banda de valencia hacia la 
banda de conducción. Para este aislante no es posible ganar energía por absorción de fotones (con 
energías menores a 6 eV). Por el contrario, en los materiales conductores, los electrones de valencia 
pueden ser promovidos fácilmente hacia la banda de conducción por incidencia fotónica (también por 
temperatura), ya que hay un continuo de estados disponibles inmediatamente arriba de la banda de 
valencia. Por esta razón, los materiales conductores son opacos a la luz visible; el diamante es, en 
especial, totalmente transparente a la luz visible. 

Semiconductores.

Los semiconductores se encuentran situados, por lo que hace a su resistencia, entre los conductores 
y los aislantes, ya que a temperaturas muy bajas difícilmente conducen la corriente eléctrica y más bien 
se comportan como aislantes pero, al elevar su temperatura o al ser sometidos a un campo eléctrico 
externo, su comportamiento cambia al de los conductores. Estos semiconductores son conocidos como 
intrínsecos y, en ellos, las bandas de conducción y valencia se encuentran separadas por una barrera de 
energía (banda prohibida) más pequeña (comparada con la del diamante), de aproximadamente 1 eV
(1.1 eV para el Si y 0.7 eV para el Ge).
Bandas prohibidas para materiales 
semiconductores (Si y Ge).
En este tipo de materiales, cuando se transfiere un electrón de la banda de valencia a la banda de 
conducción, se crea un “hueco” que actúa como un "transportador" de carga positiva, fenómeno que 
eventualmente puede crear una “corriente positiva”.

 LOS AISLANTES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:

      

Los aisladores eléctricos están compuestos de sustancias con electrones, o partículas de energía que están comprimidos en conjunto mediante un proceso químico. Es casi imposible conseguir el voltaje eléctrico para pasar atravez de estos materiales. El vidrio se utiliza como aislante eléctrico antes. De vidrio, junto con otros materiales no metálicos tales como la porcelana, mica y de cerámica pueden soportar el mas alto voltaje de la corriente eléctrica. La Goma junto con los plásticos, tiene un umbral inferior de tensión de los vidrios y porcelana, debido a su composición de electrones sueltos. También hay aisladores compuestos que se derivan de una mezcla de diversos materiales.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:

     Los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4 electrones en su última capa de valencia. Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico mas comunes son los metálicos, siendo el cobre el mas usado de entre todos ellos, otro metal mas utilizado es el aluminio y en aplicaciones especiales, debido a su baja resistividad y dureza a la corrosión, se usa el oro.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:

     El elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y VI respectivamente. De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica.