Al estudiar la naturaleza de los materiales conductores, semiconductores y aislantes, se establece que:
- Los materiales aislantes se caracterizaban por poseer una Banda Prohibida muy ancha, la cual impede el paso de electrones de la Banda de Valencia a la de Conducción.
- En los materiales semiconductores, la Banda Prohibida es mucho menos ancha que en los aislantes. Por lo general, a 0º K los materiales semiconductores se comportan como aislantes. Pero a medida que aumenta la temperatura lo hace su capacidad de conducción, ya que este aporte de energía sirve para que los electrones puedan saltar de la Banda de Valencia a la de Conducción.
La anchura de la Banda Prohibida condiciona la energía que debe aportarse a los electrones para que pasen de la Banda de Valencia a la de Conducción. El aporte de energía debe superar los 0,785 eV (Electrón - Voltios) en el caso del germanio y los 1,21 eV para el silicio. Al saltar de la Banda de Valencia a la de Conducción, los electrones dejan un hueco. Por lo tanto, se establecen dos corrientes: una producida por los electrones situados en la Banda de Conducción y otra originada por los huecos (en el proceso de recombinación).
Los semiconductores intrínsecos son puros, en los que la conducción se debe al aumento de electrones en la banda de conducción originado por la temperatura. Los portadores de carga son los electrones y los huecos. Los semiconductores intrínsecos no presentan impurezas en su estructura, y están constituidos únicamente por el elemento tetravalente semiconductor (del grupo IV de la tabla periódica): silicio o germanio puro.
Los semiconductores extrínsecos contienen impurezas. Si en una red cristalina se introducen átomos de impureza, aparecen estados de energía o bandas auxiliares en el interior de la banda prohibida. Estos nuevos niveles contribuyen a la conducción. Para obtenerlos se recurre al dopage o impurificación del semiconductor (por métodos de difusión o epitaxiales) con elementos pentavalentes o trivalentes. La presencia de estas impurezas se traduce en le aumento del número de portadores de carga.
Si el dopaje se realiza con un elemento trivalente (elementos del grupo III que sólo tienen tres electrones en la última capa), la estructura que se obtiene se denomina semiconductor tipo p. Al introducir impurezas de esta índole es como si en realidad se aportaran huecos, puesto que se originará un defecto de electrones. Como quiera que el semiconductor es un elemento tetravalente, al elemento impurificador trivalente le faltarán electrón para realizar la covalencia con el semiconductor; por lo tanto, habrá un hueco en la Banda de Valencia disponible para establecer la conducción. Las impurezas crean una banda suplementaria: el llamado nivel de energía aceptor.
Si un material semiconductor (como el germanio o silicio) es dopado con un elemento pentavalente (elementos cuyos átomos tienen cinco electrones en la última capa), se obtiene un semiconductor tipo n. De los cinco electrones que aporta la impureza, cuatro formarán enlace covalente, mientras que un electrón quedará libre en la Banda de Conducción. En esta situación, el número de electrones supera al número de huecos. La impurificación con elementos pentavalentes (donadores) crea en el semiconductor una banda auxiliar de electrones, situada junto a la Banda de Conducción, que recibe el nombre de nivel de energía donador. De esta forma, con muy poca energía que se suministre, los electrones de la banda suplementaria pasarán a la Banda de Conducción.
El enlace covalente consiste en el compartimiento de pares de electrones por dos átomos, dando lugar a moléculas y puede ser polar o no polar.
El enlace covalente puede dar lugar a compuestos sólidos cristalinos de malla rígida tridimensional que une a cada uno de los átomos con todos los demás, en los que la totalidad del cristal es una sola molécula (p. ej., el cuarzo y el diamante), o bien a moléculas discretas que, en estado sólido, están unidas por fuerzas intermoleculares y reciben el nombre de cristales moleculares. Estos compuestos, en cualquiera de los estados de agregación, están formados por las mismas moléculas y sólo se diferencian en la ordenación de éstas.
