Bandas de energía
Los niveles de energía de los electrones en los átomos de un cristal no coinciden con los niveles de energía de los electrones para átomos aislados. En un gas, por ejemplo, se pueden despreciar las interacciones de unos átomos con otros y los niveles de energía no se ven modificados. Sin embargo, en un cristal el campo eléctrico producido por los electrones de los átomos vecinos modifica los niveles energéticos de los electrones de los átomos de sus alrededores.
De este modo el cristal se transforma en un sistema electrónico que obedece al principio
de exclusión de Pauli, que imposibilita la existencia de dos electrones en el mismo
estado, transformándose los niveles discretos de energía en bandas de energía
donde la separación entre niveles energéticos se hace muy pequeña. La diferencia de
energía máxima y mínima es variable dependiendo de la distancia entre átomos y de su
configuración electrónica.
Dependiendo de la distancia interatómica y del número de electrones de enlace entre otros factores, pueden formarse distintos conjuntos de bandas que pueden estar llenas, vacías o separaciones entre bandas por zonas prohibidas o bandas prohibidas, formándose así bandas de valencia, bandas de conducción y bandas prohibidas.
Así
en un aislante la separación entre la banda de valencia y la banda de conducción es muy
grande (» 10
eV), y esto significa que un electrón en la banda de valencia necesita mucha energía
para ser liberado y convertirse en un electrón libre necesario para la conducción. En un
conductor las dos bandas están solapadas, no necesitándose ninguna energía para
alcanzar la conducción. En un semiconductor la banda prohibida es muy estrecha, o lo que
es lo mismo, es muy fácil que un electrón sea liberado y pueda contribuir a la
conducción.