2. Semiconductor es un elemento que se comporta como
un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores,
como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la
radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que
se encuentre.
3.
4. Intrínsecos
Extrínsecos
Se dice que un semiconductor es “intrínseco”
cuando se encuentra en estado puro, o sea, que
no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro
tipo dentro de su estructura.
Cuando se eleva la temperatura de la red
cristalina de un elemento semiconductor
intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se
rompen y varios electrones pertenecientes a la
banda de valencia se liberan de la atracción que
ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos.
5. Como se puede observar en la
ilustración, en el caso de los
semiconductores el espacio
correspondiente a la banda
prohibida es mucho más
estrecho en comparación con
los materiales aislantes. La
energía de salto de banda (Eg)
requerida por los electrones
para saltar de la banda de
valencia a la de conducción es
de 1 eV aproximadamente. En
los semiconductores de silicio
(Si), la energía de salto de
banda requerida por los
electrones es de 1,21 eV,
mientras que en los de
germanio (Ge) es de 0,785 eV.
6. Estructura cristalina de un
semiconductor intrínseco,
compuesta solamente por
átomos de silicio (Si) que
forman una celosía. Como
se puede observar en la
ilustración, los átomos de
silicio (que sólo poseen
cuatro electrones en la
última órbita o banda de
valencia), se unen
formando enlaces covalente
para completar ocho
electrones y crear así un
cuerpo sólido
semiconductor. En esas
condiciones el cristal de
silicio se comportará igual
que si fuera un cuerpo
aislante.
7. la actualidad el elemento más
utilizado para fabricar
semiconductores para el uso de
la industria electrónica es el
cristal de silicio (Si) por ser un
componente relativamente
barato de obtener. La materia
prima empleada para fabricar
cristales semiconductores de
silicio es la arena, uno de los
materiales más abundantes en
la naturaleza. En su forma
industrial primaria el cristal de
silicio tiene la forma de una
oblea de muy poco
grosor (entre 0,20 y 0,25 mm
aproximadamente), pulida
como un espejo.
8. Durante mucho tiempo se
empleó también el selenio (S)
para fabricar diodos
semiconductores en forma de
placas rectangulares, que
combinadas y montadas en una
especie de eje se empleaban
para rectificar la corriente
alterna y convertirla en directa.
Hoy en día, además del silicio y
el germanio, se emplean
también combinaciones de otros
elementos semiconductores
presentes en la Tabla Periódica.
Placa individual de 2 x 2 cm de
área, correspondiente a un
antiguo diodo de selenio.
9.
10. El caso del silicio (Si) y el germanio (Ge) cuando se encuentran en estado
puro, es decir, como elementos intrínsecos, los electrones de su última
órbita tienden a unirse formando "enlaces covalentes", para adoptar una
estructura cristalina. Los átomos de cualquier elemento,
independientemente de la cantidad de electrones que contengan en su
última órbita, tratan siempre de completarla con un máximo de ocho, ya sea
donándolos o aceptándolos, según el número de valencia que le corresponda
a cada átomo en específico.
11. Tanto los cristales de silicio (Si) como los de germanio (Ge) en estado puro se
pueden convertir en dispositivos semiconductores, capaces de conducir la
corriente eléctrica si para ello alteramos su estructura molecular cristalina
introduciendo ciertas cantidades de "impurezas".
Para realizar ese cambio será necesario introducir átomos de otros elementos
semiconductores apropiados que posean tres electrones en su banda de
valencia o última órbita (átomos trivalentes) o también cinco electrones en
esa propia órbita (átomos pentavalentes). A tales efectos se consideran
impurezas los siguientes elementos con átomos trivalentes: aluminio (Al),
galio (Ga) e indio (In). También se consideran impurezas los átomos
pentavalentes de arsénico (As), fósforo (P) o de antimonio
12. Como ya conocemos, ni los átomos de silicio, ni los de germanio en su forma
cristalina ceden ni aceptan electrones en su última órbita; por tanto, no
permiten la circulación de la corriente eléctrica, por tanto, se comportan
como materiales aislantes.
Pero si la estructura cristalina de uno de esos elementos semiconductores la
dopamos añadiéndole una pequeña cantidad de impurezas provenientes de
átomos de un metaloide como, por ejemplo, antimonio (Sb) (elemento
perteneciente los elementos semiconductores del Grupo Va de la Tabla
Periódica, con cinco electrones en su última órbita o banda de
valencia), estos átomos se integrarán a la estructura del silicio y compartirán
cuatro de sus cinco electrones con otros cuatro pertenecientes a los átomos
de silicio o de germanio, mientras que el quinto electrón restante del
antimonio, al quedar liberado, se podrá mover libremente dentro de toda la
estructura cristalina. De esa forma se crea un semiconductor extrínseco tipo-
N, o negativo, debido al exceso de electrones libres existentes dentro de la
estructura cristalina del material semiconductor.
13. En lugar de introducir átomos pentavalentes al cristal de silicio o de
germanio lo dopamos añadiéndoles átomos o impurezas trivalentes
como de galio (Ga) (elemento perteneciente al Grupo IIIa de la Tabla
Periódica con tres electrones en su última órbita o banda de
valencia), al unirse esa impureza en enlace covalente con los átomos
de silicio quedará un hueco o agujero, debido a que faltará un
electrón en cada uno de sus átomos para completar los ocho en su
última órbita. En este caso, el átomo de galio tendrá que captar los
electrones faltantes, que normalmente los aportarán los átomos de
silicio, como una forma de compensar las cargas eléctricas. De esa
forma el material adquiere propiedades conductoras y se convierte
en un semiconductor extrínseco dopado tipo-P (positivo), o
aceptante, debido al exceso de cargas
14. Cuando aplicamos una
diferencia de potencial a
un. Elemento
Semiconductor, se establece
una. “corriente de
electrones” en un sentido y
otra. "corriente de huecos”
en sentido opuesto.
15. Cuando a un elemento
semiconductor le aplicamos
una diferencia de potencial o
corriente eléctrica, se
producen dos flujos
contrapuestos: uno producido
por el movimiento de
electrones libres que saltan a
la “banda de conducción” y
otro por el movimiento de los
huecos que quedan en la
“banda de valencia” cuando
los electrones saltan a la banda
de conducción
16. Si aplicamos una
tensión al cristal de
silicio, el positivo de la
pila intentará atraer
los electrones y el
negativo los huecos
favoreciendo así la
aparición de una
corriente a través del
circuito
17. Ahora bien, esta corriente que aparece es de
muy pequeño valor, pues son pocos los electrones
que podemos arrancar de los enlaces entre los
átomos de silicio. Para aumentar el valor de
dicha corriente tenemos dos posibilidades:
Aplicar una tensión de valor superior
Introducir previamente en el semiconductor
electrones o huecos desde el exterior
La primera solución no es factible pues, aún
aumentando mucho el valor de la tensión
aplicada, la corriente que aparece no es de
suficiente valor. La solución elegida es la
segunda.
En este segundo caso se dice que el
semiconductor está "dopado".