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INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO mariscalchuscano@gmail.com Página 1
CONDUCTORES, AISLANTES Y SEMICONDUCTORES
CONDUCTORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el
flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con
una tubería que contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que
permite el movimiento de las cargas.
Cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de metal, se
establece de inmediato un flujo de corriente, pues los electrones o cargas eléctricas de los
átomos que forman las moléculas del metal, comienzan a moverse de inmediato empujados
por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje.
Esa presión procedente de una fuente de fuerza electromotriz (FEM) cualquiera (batería,
generador, etc.) es la que hace posible que se establezca un flujo de corriente eléctrica a
través del metal.
Caja preparada con conductores eléctricos
de cobre para colocar. tomas de corriente
en una instalación eléctrica doméstica
BUENOS Y MALOS CONDUCTORES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Los mejores conductores de la corriente eléctrica son los metales, porque ceden más fácil
que otros materiales los electrones que giran en la última órbita de sus átomos (la más
alejada del núcleo).
Resistencia de alambre
nicromo utilizada como
elemento calefactor en una
secadora de pelo.

Sin embargo, no todos los metales son buenos conductores, pues existen otros que, por el
contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello se emplean como
resistencia eléctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se comporta de esa
forma es el alambre nicromo (NiCr).
El más utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito eléctrico es el cobre (Cu),
por ser relativamente barato y buen conductor de la electricidad, al igual que el aluminio (Al).
Sin embargo, los mejores metales conductores son el oro (Au) y la plata (Ag), aunque
ambos se utilizan muy limitadamente por su alto costo.
El oro se emplea en forma de hilo muy fino para unir los contactos de los chips de circuitos
integrados y microprocesadores a los contactos que los unen con las patillas exteriores de
esos elementos electrónicos, mientras que la plata se utiliza para revestir los contactos
eléctricos de algunos tipos de relés diseñados para interrumpir el flujo de grandes cargas de
corriente en amper.
El aluminio, por su parte, se emplea para fabricar cables gruesos, sin forro. Este tipo de
cable se coloca, generalmente, a la intemperie, colgado de grandes aislantes de porcelana
situados en la parte más alta de las torres metálicas destinadas a la distribución de corriente
eléctrica de alta tensión.
(A) cable o conductor compuesto por un solo
alambre rígido de cobre. (B) cable o conductor
compuesto por varios alambres flexibles de
cobre.
Ambos tipos de conductores poseen un forro
aislante de PVC.
La mayoría de los conductores que emplean los diferentes dispositivos o aparatos eléctricos
poseen un solo hilo de alambre de cobre sólido, o también pueden estar formado por varios
hilos más finos, igualmente de cobre. Ambos tipos de conductores se encuentran revestidos
con un material aislante, generalmente PVC (cloruro de polivinilo). Mientras mayor sea el
área transversal o grosor que tenga un conductor, mejor soportará el paso de la corriente
eléctrica, sin llegar a calentarse en exceso o quemarse.
MATERIALES SEMICONDUCTORES Y AISLANTES
Existen también otros elementos denominados metaloides, que actúan como
semiconductores de la corriente eléctrica. Entre esos elementos o materiales se encuentran
el silicio (Si), el galio (Ga) y el germanio (Ge).
Los átomos de esos elementos son menos propensos a ceder electrones cuando los
atraviesa una corriente eléctrica y su característica principal es dejarla pasar en un solo
sentido e impedirlo en sentido contrario.

Microprocesador Pentium 4
El cristal de silicio es el elemento más utilizado en la actualidad como material
semiconductor para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados y los
microprocesadores que utilizan los ordenadores o computadoras personales, así como otros
dispositivos digitales. A la derecha se pueden ver las patillas de conexión situadas en la
parte inferior de un microprocesador Pentium 4.
Por último están los materiales aislantes, cuyos átomos ni ceden ni captan electrones. Entre
esos materiales se encuentran el plástico, la mica, el vidrio, la goma, la cerámica, etc. Todos
esos materiales y otros similares con iguales propiedades, oponen total resistencia al paso
de la corriente eléctrica.
Si establecemos de nuevo una analogía con un líquido que circule a través del circuito
hidráulico de una tubería, como se hizo al principio de este tema con los conductores, el
aislador sería el equivalente al mismo tubo del circuito hidráulico, pero en este caso
conteniendo líquido congelado, lo cual obstruiría por completo el movimiento de los átomos del
líquido a través de la tubería. Esto sería algo similar a lo que ocurre con las cargas eléctricas
cuando tropiezan con un material aislante que le interrumpe el paso en un circuito eléctrico.
Esa es, precisamente, la función de los aisladores que vemos colgando de las torres de
distribución eléctrica, para soportar los cables y evitar que la corriente pase a la estructura
metálica o de cemento de la torre.
Aislador empleado para soportar
los cables de aluminio que,
colgados de las torres de alta
tensión, transmiten la energía
eléctrica hasta los lugares que la
requieren.
INTRODUCIÓN. MATERIALES CONDUCTORES
Todos los cuerpos o elementos químicos existentes en la naturaleza poseen características
diferentes, agrupadas todas en la denominada “Tabla de Elementos Químicos”. Desde el

punto de vista eléctrico, todos los cuerpos simples o compuestos formados por esos
elementos se pueden dividir en tres amplias categorías:
• Conductores
• Aislantes
• Semiconductores
Los materiales conductores ofrecen una baja resistencia al paso de la corriente eléctrica.
Los semiconductores se encuentran a medio camino entre los conductores y los aislantes,
pues en unos casos permiten la circulación de la corriente eléctrica y en otros no.
Finalmente los cuerpos aislantes ofrecen una alta resistencia al paso de la corriente
eléctrica.
En la foto superior se muestran algunos de esos materiales: A) Conductor de alambre de
cobre. B) Diodos y C) transistor (dispositivos semiconductores en ambos casos). D)
Aislantes de porcelana instalados en un transformador distribuidor de energía eléctrica de
bajo voltaje y E) Aislantes de vidrio soportando cables a la intemperie montados en un poste
para distribución de energía eléctrica de media tensión. Los aislantes, al contrario de los
conductores, constituyen materiales o cuerpos que ofrecen una alta resistencia al paso de la
corriente eléctrica.
MATERIALES CONDUCTORES
En la categoría “conductores” se encuentran agrupados todos los metales que en mayor o
menor medida conducen o permiten el paso de la corriente eléctrica por sus cuerpos. Entre
los mejores conductores por orden de importancia para uso en la distribución de la energía
eléctrica de alta, media y baja tensión, así como para la fabricación de componentes de todo
tipo como dispositivos y equipos eléctricos y electrónicos, se encuentran el cobre (Cu),
aluminio (Al), plata (Ag), mercurio (Hg) y oro (Au).
Los conductores de cobre son los
materiales más utilizados en los
circuitos eléctricos por la baja
resistencia que presentan al paso
de la corriente

En general el núcleo de los átomos de cualquier elemento que forman todos los cuerpos
sólidos, líquidos y gaseosos que conocemos se encuentran rodeados por una nube de
electrones que giran su alrededor, distribuidos en una o en varias órbitas, capas o niveles
de energía. Al átomo de cada elemento contemplado en la “Tabla de Elementos Químicos”
le corresponde un número atómico que sirve para diferenciar las propiedades de cada uno
de ellos. Ese número coincide también con la cantidad total de electrones que giran
alrededor del núcleo de cada átomo en particular. No obstante, independientemente de la
cantidad total de electrones que le corresponda a cada elemento, en la última capa u órbita
sólo pueden girar de uno a ocho electrones como máximo.
Diferentes formas de representar de forma gráfica un. mismo.átomo, en este caso de cobre
(Cu):
A) Normal, en. la que. aparecen todos los electrones
girando alrededor del núcleo de ese elemento en sus
respectivas órbitas. B) Representación plana en la
que se pueden observar, de. forma parcial, las cuatro
órbitas o niveles de energía que le corresponden a
ese átomo con la distribución numérica de todos los
electrones que posee en cada una de ellas (29 en
total ). C) La misma representación plana, pero más
simplificada, en la que se muestra solamente la
última órbita o banda de valencia, identificada con. el
número “1”, o sea, el único electrón que posee en
esa posición. D) El mismo átomo mostrado ahora. en
representación plana, con la última órbita y el único
electrón que gira en la misma.
BANDA DE VALENCIA
Como ya conocemos, todos átomos que integran cualquier cuerpo material poseen órbitas o
capas, denominadas también niveles de energía, donde giran electrones alrededor de sus
núcleos. La última de esas capas se denomina “banda de valencia” y es donde giran los
electrones que en unos casos el átomo puede ser ceder, como ocurre con los metales y en
otros casos puede atraer o captar de la banda de valencia de otros átomos cercanos. La
banda de valencia es el nivel de energía que determina que un cuerpo se comporte como
conductor, aislante o semiconductor.
En el caso de los metales en la última órbita o “banda de valencia” de sus átomos sólo giran
entre uno y tres electrones como máximo, por lo que su tendencia es cederlos cuando los
excitamos empleando métodos físicos o químicos. Las respectivas valencias de trabajo (o
números de valencia) de los metales son las siguientes: +1, +2 y +3.
Esos números con signo positivo (+) delante, corresponden a la cantidad de electrones que
pueden ceder los átomos de los metales, de acuerdo con la cantidad que contiene cada uno
en la última órbita.
En general la mayoría de los elementos metálicos poseen conductividad eléctrica, es decir,
se comportan como conductores de la electricidad en mayor o menor medida. Los que

poseen un solo electrón (a los que les corresponde el número de valencia +1, como el
cobre), son los que conducen la corriente eléctrica con mayor facilidad.
En los conductores eléctricos las bandas de energía, formadas por la banda de conducción y
la banda de valencia del elemento metálico, se superponen facilitando que los electrones
puedan saltar desde la última órbita de un átomo a la de otro de los que integran también las
moléculas del propio metal. Es por eso que cuando se aplica corriente eléctrica a un circuito
formado por conductores de cobre, por ejemplo, los electrones fluyen con facilidad por todo el
cuerpo metálico del alambre que integra el cable.
Normalmente las bandas de energías se componen de:
1) una banda de valencia. 2) una banda
de conducción y, 3) otra banda
interpuesta entre las dos anteriores
denominada “banda prohibida”. La
función de esta última es impedir o
dificultar que los electrones salten
desde la banda de valencia hasta la
banda de conducción. En el caso de los
metales la banda prohibida no existe,
por lo que los electrones en ese caso
necesitan poca energía para saltar de
una banda a la otra.
Debido a que en los metales conductores de corriente eléctrica la banda de valencia o
última órbita del átomo pose entre uno y tres electrones solamente (de acuerdo con el tipo
de metal de que se trate), existe una gran cantidad de estados energéticos “vacíos” que
permiten excitar los electrones, bien sea por medio de una reacción química, o una reacción
física como la aplicación de calor o la aplicación de una diferencia de potencial (corriente
eléctrica) que ponga en movimiento el flujo electrónico.
En general los metales mejores conductores de electricidad como el cobre, la plata y el oro
poseen una alta densidad de electrones portadores de carga en la banda de valencia, así
como una alta ocupación de niveles de energía en la banda de conducción. Hay que
destacar que aunque la plata y el oro son mucho mejores conductores de la corriente
eléctrica que el cobre, la mayoría de los cables se fabrican con este último metal o con
aluminio en menor proporción, por ser ambos metales buenos conductores de la corriente
eléctrica, pero mucho más baratos de producir y comercializar que la plata y el oro.
MATERIALES AISLANTES O DIELÉCTRICOS
A diferencia de los cuerpos metálicos buenos conductores de la corriente eléctrica, existen
otros como el aire, la porcelana, el cristal, la mica, la ebonita, las resinas sintéticas, los
plásticos, etc., que ofrecen una alta resistencia a su paso. Esos materiales se conocen
como aislantes o dieléctricos.

Los cuerpos aislantes ofrecen una alta resistencia al paso de la corriente eléctrica. En la foto
izquierda. se pueden observar diferentes materiales aislantes de plástico utilizados
comúnmente en las cajas de. conexión y en otros elementos propios de las instalaciones
eléctricas domésticas de baja tensión, así. como el PVC (PolyVinyl Chloride – Policloruro de
Vinilo) empleado como revestimiento en los cables. conductores. En la foto de la derecha
aparece, señalado con una flecha roja, un aislante de vidrio. utilizado en las torres externas
de distribución eléctrica de alta tensión.
Al contrario de lo que ocurre con los átomos de los metales, que ceden sus electrones con
facilidad y conducen bien la corriente eléctrica, los de los elementos aislantes poseen entre
cinco y siete electrones fuertemente ligados a su última órbita, lo que les impide cederlos.
Esa característica los convierte en malos conductores de la electricidad, o no la conducen
en absoluto.
En los materiales aislantes, la banda de conducción se encuentra prácticamente vacía de
portadores de cargas eléctricas o electrones, mientras que la banda de valencia está
completamente llena de estos.
Como ya conocemos, en medio de esas dos bandas se encuentra la “banda prohibida”,
cuya misión es impedir que los electrones de valencia, situados en la última órbita del
átomo, se exciten y salten a la banda de conducción.
La energía propia de los electrones de valencia equivale a unos 0,03 eV (electronvolt)
aproximadamente, cifra muy por debajo de los 6 a 10 eV de energía de salto de banda (Eg)
que requerirían poseer los electrones para atravesar el ancho de la banda prohibida en los
materiales aislantes.

MATERIALES SEMICONDUCTORES
Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores
diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos radiorreceptores, que se
conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de
galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para
sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una aguja que tenía
dispuesta sobre la superficie de la piedra. Aunque con la galena era posible seleccionar y
escuchar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que
misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas.
En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos
cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica
variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al
desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley,
investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron
el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que
se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.
Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo,
constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos
conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. Sin
embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de
la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza
para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente
eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.
Lugar que ocupan en la Tabla Periódica los
trece elementos con. características de
semiconductores, identificados con su
correspondiente. número atómico y grupo al que
pertenecen. Los que aparecen con fondo.gris,
corresponden a “metales”, los de fondo verde a
“metaloides” y los de. fondo azul a “no metales”.
Esos elementos semiconductores que aparecen dispuestos en la Tabla Periódica
constituyen la materia prima principal, en especial el silicio (Si), para fabricar diodos
detectores y rectificadores de corriente, transistores, circuitos integrados y
microprocesadores.
Los átomos de los elementos semiconductores pueden poseer dos, tres, cuatro o cinco
electrones en su última órbita, de acuerdo con el elemento específico al que pertenecen. No
obstante, los elementos más utilizados por la industria electrónica, como el silicio (Si) y el
germanio (Ge), poseen solamente cuatro electrones en su última órbita. En este caso, el
equilibrio eléctrico que proporciona la estructura molecular cristalina característica de esos
átomos en estado puro no les permite ceder, ni captar electrones. Normalmente los átomos

de los elementos semiconductores se unen formando enlaces covalentes y no permiten que
la corriente eléctrica fluya a través de sus cuerpos cuando se les aplica una diferencia de
potencial o corriente eléctrica. En esas condiciones, al no presentar conductividad eléctrica
alguna, se comportan de forma similar a un material aislante.
TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES
Número
Atómico
Nombre del
Elemento
Grupo en la
Tabla
Periódica
Categoría
Electrones en
la última
órbita
Números de
valencia
48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2
5 B (Boro)
IIIa
Metaloide 3 e- +3
13 Al (Aluminio)
Metal
31 Ga (Galio)
49 In (Indio)
14 Si (Silicio)
IVa Metaloide
4 e- +4
32 Ge (Germanio)
15 P (Fósforo)
Va
No metal 5 e- +3, -3, +5
33 As (Arsénico)
Metaloide
51 Sb (Antimonio)
16 S (Azufre)
VIa
No metal
6 e- +2, -2 +4, +6
34 Se (Selenio)
52 Te (Telurio) Metaloide
Incremento de la conductividad en un elemento semiconductor
La mayor o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales
semiconductores depende en gran medida de su temperatura interna. En el caso de los
metales, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia al paso de la corriente
también aumenta, disminuyendo la conductividad. Todo lo contrario, ocurre con los
elementos semiconductores, pues mientras su temperatura aumenta, la conductividad
también aumenta.
En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno
de los siguientes métodos:
• Elevación de su temperatura
• Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina Incrementando
la iluminación.
• Con relación a este último punto, algunos tipos de semiconductores, como las
resistencias dependientes de la luz (LDR – Light-dependant resistors), varían su
conductividad de acuerdo con la cantidad de luz que reciben.

Resistencia dependiente de la luz (LDR), conocida también
como fotorresistor o célula fotoeléctrica. Posee la característica
de disminuir el valor de su resistencia interna cuando la
intensidad de luz que incide sobre la superficie de la celda
aumenta. Como material o elemento semiconductor utiliza el
sulfuro de cadmio (CdS) y su principal aplicación es en el
encendido y apagado automático del alumbrado público en las
calles de las ciudades, cuando disminuye la luz solar.
En dependencia de cómo varíen los factores de los puntos más arriba expuestos, los
materiales semiconductores se comportarán como conductores o como aislantes.
La conductividad eléctrica de los cuerpos materiales (σ) constituye la capacidad que. tienen
de conducir la corriente eléctrica. La fórmula matemática para hallar la. conductividad es la
siguiente:
Como se puede apreciar en esta fórmula, la conductividad (σ) se
obtiene hallando primeramente el resultado de la recíproca de la
resistencia (o sea, 1/R) multiplicándolo a continuación por el
resultado que se obtiene de dividir la longitud del material (L)
entre su área (A). En esa fórmula se puede observar también
que la resistencia (R) es inversamente proporcional a (σ), por lo
que, a menor resistencia en ohm de un cuerpo, la conductividad
resultante será mayor.
SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
Los materiales semiconductores, según su pureza, se clasifican de la siguiente forma:
• 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. En ese
caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la
banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes
en la banda de conducción.
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. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como
“electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de
la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el
paso de una corriente eléctrica.

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.
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.
SEMICONDUCTORES "EXTRÍNSECOS"
Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta
alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su
cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor
se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de
átomos de otros elementos o "impurezas".
Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos
semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita [como
el galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también en su última órbita
[como el antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se
convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente
eléctrica.
En 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.

A la izquierda se muestra la ilustración de una oblea (wafer) o
cristal semiconductor de. silicio pulida con brillo de espejo,
destinada a la fabricación de transistores y circuitos.
integrados. A la derecha aparece la cuarta parte de la oblea
conteniendo cientos de. minúsculos dados o “chips”, que se
pueden obtener de cada una. Esos chips son los. que después
de pasar por un proceso tecnológico apropiado se convertirán
en. transistores o circuitos integrados. Una vez que los chips
se han convertido en. transistores o circuitos integrados serán
desprendidos de la oblea y colocados dentro. de una cápsula
protectora con sus correspondientes conectores externos.
El segundo elemento también utilizado como semiconductor, pero en menor proporción que
el silicio, es el cristal de germanio (Ge).
Placa individual de 2 x 2 cm de área,
correspondiente a un antiguo diodo de selenio.
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.
Entre esas combinaciones se encuentra la formada por el galio (Ga) y el arsénico (As) utilizada
para obtener arseniuro de galio (GaAs), material destinado a la fabricación de diodos láser
empleados como dispositivos de lectura en CDs de audio.
Lente (señalada con la flecha) detrás de la cual se
encuentra instalado un diodo láser de arseniuro de galio
(GaAs) empleado para leer datos de texto,
presentaciones multimedia o música grabada en un CD.
En esta ilustración el. CD se ha sustituido por un disco
similar transparente de plástico común.
En 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.
Con respecto a los elementos semiconductores, que poseen sólo cuatro electrones en su
última órbita, sus átomos tienden a agruparse formando enlaces covalentes, compartiendo
entre sí los cuatro electrones que cada uno posee, según la tendencia de completar ocho en
su órbita externa. Al agruparse de esa forma para crear un cuerpo sólido, los átomos del
elemento semiconductor adquieren una estructura cristalina, semejante a una celosía. En su
estado puro, como ya se mencionó anteriormente, esa estructura no conduce la electricidad,
por lo que esos cuerpos semiconductores se comportan como aislantes.
CONVERSIÓN DEL SILICIO EN SEMICONDUCTOR "TIPO-N" O EN "TIPO-P"
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 (Sb).
Cuando añadimos a la estructura cristalina del silicio o del germanio una pequeña cantidad
de átomos de un elemento pentavalente en función de “impurezas”, estos átomos
adicionales reciben el nombre de "donantes", porque cada uno dona o cede uno de sus
cinco electrones a la estructura cristalina del semiconductor. Si, por el contrario, los átomos
que se añaden como impurezas son trivalentes, se denominan entonces "aceptantes”,
porque cada uno tendrá que captar o aceptar un electrón procedente de la propia estructura
cristalina del silicio o del germanio.
La conductividad que presente finalmente un semiconductor “dopado” dependerá de la
cantidad de impurezas que contenga en su estructura cristalina. Generalmente para una
proporción de un átomo de impureza que se añade por cada 100 millones de átomos del
elemento semiconductor, la conductividad aumenta en 16 veces.
SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-N"
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.
Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio
(Si) formando una celosía. Como se puede observar,
esta estructura se ha dopado añadiendo átomos de
antimonio (Sb) para crear un material semiconductor
“extrínseco”. Los átomos de silicio (con cuatro
electrones en la última órbita o banda de valencia) se
unen formando enlaces covalentes con los átomos de
antimonio (con cinco en su última órbita banda de
valencia). En esa unión quedará un electrón libre
dentro de la estructura cristalina del silicio por cada
átomo de antimonio que se haya añadido. De esa
forma el cristal. de silicio se convierte en material
semiconductor tipo-N (negativo) debido al exceso
electrones libres con cargas negativas presentes en
esa estructura.
Si a un semiconductor tipo-N le aplicamos una diferencia de potencial o corriente eléctrica
en sus extremos, los electrones libres portadores de cargas negativas contenidos en la
sustancia impura aumentan. Bajo esas condiciones es posible establecer un flujo de
corriente electrónica a través de la estructura cristalina del semiconductor si le aplicamos
una diferencia de potencia o corriente eléctrica.
No obstante, la posibilidad de que al aplicárseles una corriente eléctrica los electrones se
puedan mover libremente a través de la estructura atómica de un elemento semiconductor
es mucho más limitada que cuando la corriente fluye por un cuerpo metálico buen
conductor.
SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-P"
Si 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 positivas que provoca la falta de electrones en los
huecos o agujeros que quedan en su estructura cristalina.

Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio
(Si). que forman, como en el caso anterior, una celosía,
dopada. ahora con átomos de galio (Ga) para formar un
semiconductor “extrínseco”. Como se puede observar
en .la. ilustración, los átomos de silicio (con cuatro
electrones en. la. última órbita o banda de valencia) se
unen formando enlaces covalente con los átomos de
galio (con tres. electrones en su banda de valencia). En
esas condiciones. quedará un hueco con defecto de
electrones en la .estructura. cristalina de silicio,
convirtiéndolo en un. semiconductor tipo-P (positivo)
provocado por el defecto de. electrones en la
estructura.
MECANISMO DE CONDUCCIÓN DE UN SEMICONDUCTOR
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.
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.
Si analizamos el movimiento que se produce dentro de la estructura cristalina del elemento
semiconductor, notaremos que mientras los electrones se mueven en una dirección, los
huecos o agujeros se mueven en sentido inverso. Por tanto, el mecanismo de conducción
de un elemento semiconductor consiste en mover cargas negativas (electrones) en un
sentido y cargas positivas (huecos o agujeros) en sentido opuesto.
Ese mecanismo de movimiento se denomina "conducción propia del semiconductor", que
para las cargas negativas (o de electrones) será "conducción N", mientras que para las
cargas positivas (de huecos o agujeros), será "conducción P".
BIBLIOGRAFÍA
http://www.asifunciona.com/tablas/resistencia/resistencias.htm
http://mariscalchuscano-electrotecnia.blogspot.com/2008_10_01_archive.html

01 03 conductores aislantes semiconductores

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