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Conductores, Aislantes y Semiconductores.
 
 
Para facilitar la comprensión de este punto, el de los aislantes, conductores y semiconductores, vamos a describir la Energía de Fermi, y nos ayudaremos de un diagrama de bandas de energía.

La Energía de Fermi es la energía del nivel más alto ocupado por un sistema cuántico a temperatura cero.

Un conductor debe tener cargas libres, para que estas al moverse, generen una corriente eléctrica, estas cargas libres son los conductores, y en que en un material sea mejor o peor conductor, también influye la temperatura, pues a una alta temperatura se le da más energía al material, y esto energía permite que ya haya más cargas libres ocupando más estados.

Diagrama de Estados de Energía:
Imagen

Metales:
Un conductor se caracteriza porque no existe la banda prohibida entre la banda de conducción y la banda de valencia. Estas dos bandas son contiguas o se superponen. Por este motivo los electrones requieren poca energía para pasar de Bv a Bc, Al aplicar un campo eléctrico o aumentar la temperatura del conductor los electrones adquieren la suficiente energía para pasar a la banda de conducción. Se deduce que el nivel de Fermi está en la banda de conducción.
Por otro lado, un aumente de la temperatura para facilitar el salto de los electrones y, por tanto, aumentar la conductividad, también produce un incremente en la agitación térmica de átomos y electrones aumentando los choques entre éstos, y, por tanto, aumentando la resistividad del material.


En general un buen conductor se caracteriza por poseer una densidad alta de portadores de carga y muchos niveles ocupados en la banda de conducción.

Aisladores o dieléctricos:

Se caracterizan porque a 0 K tienen la banda de valencia completamente llena mientras que la de conducción está vacía y, además, la banda prohibida tiene un ancho de aproximadamente, 10 eV. A temperatura ambiente, la energía extra de origen térmico que poseen los electrones de valencia es del orden de 0,03 eV, por lo que no tiene la energía suficiente para saltar a la banda de conducción. Como resultad, se concluye que existen pocos electrones excitados ocupando los niveles de Bc. La energía de Fermi se encuentra en medio de la banda prohibida. Un aislador se caracteriza por una densidad casi nula de portadores de carga y una banda de conducción vacía.
Semiconductores:

Están caracterizados por una banda prohibida, Bg, muy estrecha, del orden de 1 eV. A una temperatura de 0 K, todos los electrones que ocupan los niveles más altos de energía, se encuentran en la banda de valencia. Por tanto, a 0 K la banda de valencia está llena y la banda de conducción está vacía. Como una banda llena no contribuye al mecanismo de conducción (y una vacía tampoco), los semiconductores se comportan como un aislante en el cero absoluto.

Al aumentar la temperatura, los electrones adquieren energía térmica y ayudados por la energía que puede proporcionarles un campo eléctrico, adquieren la siguiente energía para saltar a la banda de conducción y aumentar la densidad d portadores de carga. Se deduce que la energía de Fermi se encuentra en medio de la banda prohibida. Además, la conductividad en los semiconductores depende en gran medida de la temperatura y aumenta rápidamente con T (Al revés que en los metales donde un aumento de la temperatura resulta un aumento de la resistividad.)



En resumen, un semiconductor se caracteriza por una densidad intermedia de portadores de carga y una banda prohibida estrecha. La conductividad del semiconductor aumenta si se le proporciona la suficiente energía por cualquier método, de tal forma que los electrones de la banda de valencia salten a la banda de conducción.