Banda prohibida

La banda prohibida, brecha de bandas^[1]​ o brecha energética (en inglés bandgap), en la física del estado sólido y otros campos relacionados, es la diferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción. Esta cantidad se encuentra presente en aislantes y semiconductores, su predicción puede llegar a ser un reto para muchos de los métodos teóricos relacionados con la teoría de bandas.^[2]​

La banda prohibida es una de las primordiales contribuciones en el campo de la mecánica cuántica.

La conductividad eléctrica de un semiconductor intrínseco (puro) depende en gran medida de la anchura del gap. Los únicos portadores útiles para conducir son los electrones que tienen suficiente energía térmica para poder saltar la banda prohibida, la cual se define como la diferencia de energía entre la banda de conducción y la banda de valencia. La probabilidad de que un estado de energía ${\displaystyle E_{0}}$ esté ocupado por un electrón se calcula mediante las estadísticas de Fermi-Dirac. Una aproximación, la de Maxwell-Boltzmann, es válida también si se cumple ${\displaystyle E_{0}>>E_{F}}$, donde ${\displaystyle E_{F}}$ es el nivel de Fermi. La aproximación de Maxwell-Boltzmann viene dada por:

${\displaystyle e^{\left({\frac {-E_{g}}{kT}}\right)}}$

donde:

e es la función exponencial

E_g es la energía de banda prohibida

k es la constante de Boltzmann

T es la temperatura

La conductividad es un efecto no deseado, y los materiales con un ancho de banda prohibida mayor ofrecen un mejor comportamiento. En los fotodiodos de infrarrojos se usa un gap pequeño para permitir la detección de fotones de baja energía.

1. ↑ «Copia archivada». Archivado desde el original el 11 de abril de 2014. Consultado el 20 de febrero de 2014. 
2. ↑ Alejandra M. Navarrete‐López, Marcos Rivera‐Almazo, Jorge Garza, Rubicelia Vargas. Importance of one‐parameter hybrid exchange‐correlation functionals in band gaps of transition metal and metalloid oxides. Theoretical Chemistry Accounts 137, 36 (2018)