bandas de valencia y conduccion

Recién comencé a leer algunos conceptos básicos de la electrónica de semiconductores. Tengo problemas con respecto a los siguientes puntos, por lo que sería genial si pudiera abordar los siguientes

1. ¿Por qué la banda de valencia está completamente llena a 0 K y la banda de conducción está completamente vacía a la misma temperatura?

Sé que tiene algo que ver con la tercera ley de la termodinámica de que un sistema tiene una aleatoriedad mínima a 0 K, pero si los electrones están en una sola banda, aumenta la aleatoriedad. en algún lugar.

2. ¿Es siempre cierto que el número de estados de energía en la banda de valencia es el mismo que el número de estados de energía en la banda de conducción en el estado sólido de un semiconductor? número de estados de energía es igual a la suma de los electrones máximos permitidos en la capa externa del átomo

Por ejemplo, el silicio tiene 4 electrones (3s 2 , 3p 2 ) en su capa más externa. Para n átomos de silicio en un sólido, es necesariamente cierto que habrá 8n estados que se dividen por igual entre las bandas de conducción y valencia. los estados de la banda de valencia están completamente llenos, mientras que los 4n estados de la banda de conducción están vacíos. Este es el caso cuando no se excita el semiconductor sólido.

Básicamente, no pude ver cuál es la intuición detrás de estos hechos. Mi maestro dice que es una teoría y tengo que aceptarlo. Pero no estoy satisfecho. Cualquier intuición o razonamiento será de mucha ayuda.

3. ¿Por qué el ancho de la capa de agotamiento disminuye cuando un diodo de unión pn está polarizado directamente?

Sé que en la polarización directa, el voltaje aplicado es opuesto al voltaje incorporado debido a la acumulación de cargas en la capa de agotamiento. También en tal caso, la corriente de difusión aumenta muchas veces pero la corriente de deriva se vuelve insignificante.

4.¿Cómo funciona un rectificador de transformador de derivación central?

ingrese la descripción de la imagen aquí

No pude entender bien cuál es el papel de la derivación central en este caso y cómo ayuda a generar una corriente continua fluctuante de onda completa.

por favor, no dude en responder si no tiene la idea correcta de una o dos de las preguntas. Gracias de antemano.

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Respuestas (1)

Con respecto a tus preguntas:

  1. La banda de valencia está completamente llena y la banda de conducción está completamente vacía en T=0 K porque esta es la característica distintiva de un semiconductor que se convierte en un aislante en el cero absoluto. La razón es que el nivel de Fermi está situado en la banda prohibida entre la valencia y la banda de conducción. Este también es el caso de los aisladores que tienen espacios de banda más grandes que los semiconductores. Por el contrario, los metales tienen un nivel de Fermi en bandas (superpuestas) que permanece parcialmente vacío en T=0 K, por lo que, en principio, son conductores hasta el cero absoluto. A temperaturas finitas, tanto en los semiconductores como en los aislantes, el número de electrones que tienen suficiente energía para saltar de la banda de valencia a la de conducción (y, por lo tanto, el número de huecos que quedan en la banda de valencia) es proporcional a Exp ⁡ ( − mi gramo k T ) . A 0 K, tanto en semiconductores como en aisladores, todos los electrones permanecen en su estado de energía más bajo dentro de la banda de valencia. La transición de un semiconductor a un aislante es gradual. Por lo general, las brechas de banda de los semiconductores se encuentran entre varios 0,1 eV y 4,0 eV y las brechas de banda del aislador son mayores que 4,0 eV.

  2. Es, en principio, correcto que al combinar n átomos en un cristal, los 8 permitidos 3 s 2 3 pag 2 Los estados de energía de un átomo (4x2 debido al espín) en la capa N=3 del átomo de Si o Ge se dividen en 4xn estados en la banda de conducción y 4xn estados en la banda de valencia. Este es un efecto común de los sistemas acoplados con niveles de energía idénticos. Cada nivel de energía se divide en un número de energías ligeramente diferentes que corresponde al número de compañeros de acoplamiento. Un ejemplo clásico es el caso de dos osciladores armónicos acoplados donde las frecuencias de resonancia idénticas se dividen en dos frecuencias de resonancia. Tres osciladores acoplados tienen tres frecuencias de resonancia, etc.

  3. En polarización directa, el ancho de agotamiento disminuye porque el voltaje aplicado disminuye la caída de voltaje sobre la capa de carga espacial responsable del voltaje incorporado. En la polarización directa, en las regiones n y p casi neutras, las corrientes de difusión de los portadores minoritarios inyectados aumentan exponencialmente con el voltaje porque la densidad de portadores inyectados aumenta exponencialmente. Estas corrientes de difusión continúan en parte como corrientes de deriva, por ejemplo, en la zona de agotamiento y cerca de los contactos.

  4. Es fácil de entender. Consulte, por ejemplo, la Wikipedia alemana Mittelpunktgleichrichter de donde parecen provenir sus gráficos.

gracias por su respuesta. Pero el enlace proporcionado por usted en la cuarta respuesta no proporciona la respuesta requerida. Ya había consultado la página de wikipedia en inglés sobre el mismo tema antes de publicar la pregunta. Mi pregunta principal es el mecanismo del rectificador de onda completa. utilizando un transformador de derivación central.
@navinstudent Realmente sugiero que haga la pregunta del rectificador por separado. A partir de ahora, pocas personas que tengan experiencia con la electrónica lo verán en una pregunta titulada "Bandas de valencia y conducción". Tenga en cuenta que también hay una pila de ingeniería eléctrica .
@navinstudent: apoyo la sugerencia de Svavil de publicar la pregunta 4 del rectificador como una pregunta separada para que la comunidad pueda reconocerla y responderla mejor.
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