Exceso de carga en un aislador y un conductor

La localización o deslocalización del exceso de carga en conductores y aisladores puede entenderse de forma similar al caso sin carga utilizando la teoría de bandas. Consulte el primer diagrama en:

http://en.wikipedia.org/wiki/Work_function

Para simplificar, consideremos el caso de temperatura cero. La energía de Fermi$E_F$puede pensarse como un nivel que separa los estados ocupados de los estados vacíos. Ahora, como sabrán, la energía de Fermi en un metal estaría en una banda. En otras palabras, en los metales tienes bandas medio llenas; por eso los electrones, cercanos a la energía de Fermi, están deslocalizados en los metales. En los semiconductores, sin embargo, la energía de Fermi se encuentra dentro de la banda (como se muestra en la figura) dejando todas las bandas completamente llenas o vacías. Como resultado, los electrones están localizados.

Dado que la energía de Fermi separa los estados lleno y vacío, intuitivamente se la puede considerar como la superficie de un fluido en un recipiente; el fluido es análogo a los electrones en el sistema. Ahora, a medida que agrega o retira el fluido, su superficie subirá o bajará respectivamente. Los cambios en la energía de Fermi se pueden visualizar de la misma manera. Sin embargo, hay una advertencia: la energía del vacío$E_{VAC}$también cambiará, además de$E_F$, a medida que se introduce el recargo.$E_{VAC}$se considera como la energía a la que el electrón deja de estar unido al sólido. Si el sólido tiene carga positiva o negativa, será más difícil o más fácil que el electrón escape, respectivamente. Como resultado, uno solo considera los cambios en la función de trabajo$\Phi$o afinidad electrónica$E_{ea}$. El primero se suele utilizar en el caso de los metales y el segundo en el caso de los semiconductores o aislantes.

En resumen, los cargos en exceso darán lugar a cambios en$\Phi$y$E_{ea}$. Después de que se hayan producido estos cambios, mediante la introducción de cargos de acceso, es una cuestión de dónde se asienta la energía de Fermi. Dependiendo de eso, los electrones estarán localizados o deslocalizados. Para un valor razonable de exceso de carga, la energía de Fermi solo se moverá en una pequeña cantidad y, por lo general, seguirá estando en una de las bandas o en la banda prohibida en un metal o aislante, respectivamente. Es por esto que el exceso de carga se deslocalizará y cubrirá toda la superficie del metal; mientras que el exceso de carga estará localizado en un aislador.

Si desea tener una mejor idea de cómo$E_F$,$E_{VAC}$,$\Phi$, y$E_{ea}$cambia a medida que se desarrolla un exceso de carga en metales, aislantes y semiconductores, puede consultar el capítulo 2 de:

http://www.amazon.com/Field-Effect-Devices-Volume-Edition/dp/0201122987/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1348762717&sr=8-1&keywords=field+effect+devices

Incluso un solo átomo de un material puede absorber un exceso de carga y luego se convierte en un ion. Si ese ion pasa o no su exceso de carga a sus vecinos, determina si el material conduce o no.