En este punto, entiendo que al menos una diferencia fundamental entre los conductores y los semiconductores es que, en los conductores, normalmente no hay banda prohibida porque la banda de valencia y la banda de conductancia se superponen entre sí; en los semiconductores, no existe tal superposición, lo que significa que hay un obstáculo de energía que superar antes de que un electrón pueda liberarse de la banda de valencia y moverse en la banda de conducción.
Lo que todavía no entiendo es ¿POR QUÉ es ese el caso? ¿Es esto solo un hecho simple de la configuración electrónica, por lo que debería preguntarles a los físicos-químicos de Chemistry Stackexchange sobre esto? ¿Está sucediendo algo a nivel de partículas fundamentales que explique las diferencias en los comportamientos? ¿Sabemos siquiera el "por qué" de esto todavía?
Además, esto puede estar relacionado: a medida que reduce el tamaño de una muestra de material conductor y entra en el rango de quizás un par de docenas de átomos, logra un confinamiento cuántico, lo que significa que ha creado una brecha de banda entre las bandas de valencia y conductancia. . Entonces, ¿qué propiedad de la materia es la que explica esto?
Todo esto es una sola pregunta, solo estoy tratando de abordarla desde algunos ángulos diferentes para subrayar mi confusión. ¡Gracias por tu contribución!
Si solo toma la estructura de bandas vacía, verá que cualquier disposición periódica de átomos (conductores, semiconductores, aislantes) presenta un conjunto de bandas permitidas y regiones prohibidas, denominadas bandas prohibidas. Las bandas totalmente ocupadas no pueden contribuir a la corriente eléctrica. No hay lugares libres, donde los transportistas puedan moverse. Solo los niveles parcialmente ocupados permiten la corriente.
La diferencia entre estos grupos de materiales es donde se encuentra el nivel de Fermi.
En el caso de un conductor, el nivel de Fermi está en una de las bandas, por lo que al menos una de las bandas está parcialmente llena y puede llevar corriente.
En el caso de un semiconductor, la energía de Fermi se encuentra dentro de la banda prohibida. En un caso ideal de un semiconductor libre de defectos y contaminación (no dopado), estaría en el centro de la banda prohibida. Los portadores pueden excitarse térmicamente y dar lugar a cierta conductividad intrínseca, ya que hay algunos electrones en la banda de conducción, que naturalmente dejan huecos en la banda de valencia. Ambos pueden llevar corriente. La cantidad de portadores libres también puede diseñarse dopando con impurezas (p. ej., P o B en Si, Ge o Si en GaAs).
Los aisladores son básicamente semiconductores, donde la banda prohibida es tan grande que solo una cantidad insignificante de portadores se excita térmicamente.
Como lo indican los comentarios a su pregunta, hay muchos casos especiales con banda prohibida cero, bandas prohibidas negativas, bandas superpuestas, ...
¿Cuál es el "origen" de estas bandas?
Se parte de la ecuación de Schrödinger con un potencial periódico y se aplica el teorema de Bloch para resolver con una función de onda periódica. Encontré una buena explicación en physicspages.com , pero también hay varios artículos en wikipedia que explican esto. Sin olvidar que esto se trata en casi cualquier libro de texto de física de estado sólido.
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