¿Cómo pueden viajar los electrones de la banda de valencia a la banda de conducción?

Actualmente estoy estudiando Introducción a la Física de Dispositivos Semiconductores por Parker.

En la teoría de bandas, sabemos que si un electrón está en la parte superior de una banda de energía, entonces no hay estados permitidos inmediatamente por encima de él, ya que la banda prohibida se encuentra inmediatamente por encima de la parte superior de una banda permitida. Consulte la siguiente figura (del mismo libro de texto) como ilustración:

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Dado esto, en la figura anterior, ¿cómo pueden viajar los electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción? Me parece que tendría que atravesar de alguna manera la banda prohibida, ¿no?

Apreciaría mucho si la gente pudiera tomarse el tiempo para aclarar esto.

Esas bandas no son lugares entre los cuales un electrón puede "viajar". Esas bandas definen conjuntos de niveles de energía discretos que un electrón puede (o no puede) ocupar. Un electrón "salta" de un nivel de energía a otro absorbiendo o emitiendo una cantidad discreta de energía.
@SolomonSlow Sí, estoy describiendo todo esto en el sentido de la mecánica cuántica, no en el sentido macroscópico. El autor dice que, si un electrón está en la parte superior de una banda de energía, entonces no hay estados permitidos inmediatamente por encima de él, ya que la banda prohibida se encuentra inmediatamente por encima de la parte superior de una banda permitida. Dado esto, y dado que la banda de valencia y la banda de conducción tienen una banda prohibida entre ellas, entonces por la lógica del enunciado del autor, ¿cómo pueden los electrones pasar de la banda de valencia a la banda de conducción? [...]
[...] pregunto porque, me parece que si usamos la lógica de la primera afirmación del autor, entonces los electrones no pueden pasar de la banda de valencia a la banda de conducción, ya que hay una banda prohibida entre ellos? Esto es lo que estoy buscando una aclaración.
Considere el átomo de hidrógeno con niveles de energía discretos: ¿cómo 'viaja' un electrón de uno a otro?

Respuestas (1)

La idea de que el electrón viaja en el eje de energía es un concepto erróneo. Cada estado en la banda de valencia ϕ V B corresponde a una función de onda y por tanto a una distribución de probabilidad en el espacio. Lo mismo es cierto para los estados de la banda de conducción ϕ C B .

Puedes imaginar la excitación de un electrón como un cambio de ϕ V B a ϕ C B . Pero también aquí hay un cambio instantáneo de la función de onda y, por lo tanto, la probabilidad de encontrar el electrón en una posición dada en el cristal.

También tenga en cuenta que estos estados semiconductores son típicamente estados de cristal. Esto significa que los estados individuales están deslocalizados sobre el cristal completo. Entonces, la imagen del "electrón viajero" es aún más engañosa.

Hmm ya veo. Entonces, ¿diría que la afirmación del autor de que, si un electrón está en la parte superior de una banda de energía, entonces no hay estados permitidos inmediatamente por encima de él, ya que la banda prohibida se encuentra inmediatamente por encima de la parte superior de una banda permitida, es un poco engañosa? ? El lenguaje parece implicar que el electrón no puede viajar a ninguna banda de mayor energía y siempre estará atrapado en su banda actual.
@ThePointer: si se permitieran estados directamente sobre la banda de conducción, los electrones se dispersarían allí debido, por ejemplo, a interacciones con fonones (es decir, vibraciones de red) que forman una distribución de Fermi. Pero si la brecha es lo suficientemente grande, la dispersión de fonones no proporciona la energía para excitar estos electrones a la banda de conducción. Así, algunos materiales son semiconductores a bajas temperaturas y se convierten en conductores cuando la temperatura aumenta.
Lo siento, mi respuesta debería decir "Si se permitieran estados directamente por encima de la banda de VALENCIA" - el comando de conducción no tiene sentido ...
Sí, supuse que sí. Creo que entendí mal lo que decía el autor. Gracias por la aclaración.
¿Cómo pueden viajar los electrones de la banda de valencia a la banda de conducción?
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