El documento describe la estructura atómica del silicio. El átomo de silicio tiene 14 protones y 14 electrones. 4 electrones se encuentran en la órbita exterior. Cuando los átomos de silicio se combinan, forman una estructura cristalina ordenada unidos por enlaces covalentes donde comparten electrones, dando a cada átomo 8 electrones en su órbita de valencia. La energía térmica puede promover electrones a la banda de conducción, creando huecos en la banda de valencia y permitiendo la conducción eléctrica.

1. • Es de especial importancia que la orbita
exterior contenga 4 electrones, por lo que al
ESTRUCTURA ATÓMICA
silicio se le llama tetravalente. El estudio de
los semiconductores se da en la orbita de
El atomo se ha estudiado desde la
valencia.
antigüedad, en la que se idealizo
como un núcleo rodeado de
electrones, el núcleo tiene una
carga positiva y atrae a los
electrones.
Como ejemplo un átomo aislado
de silicio, tiene 14 protones en su
núcleo, 2 electrones se mueven en
la primera orbita, ocho electrones
en la segunda y cuatro en la orbita
exterior o de valencia. Los 14
electrones orbitales neutralizan la
carga de los 14 protones, de tal
forma que el átomo se comporta
eléctricamente neutro.

2. • Al combinarse los átomos de Silicio para formar un
ESTADO SOLIDO sólido, lo hacen formando una estructura ordenada
Y CRISTALES llamada cristal. Esto se debe a los enlaces covalentes,
que son las uniones entre átomos que se hacen
compartiendo electrones adyacentes de tal forma que se
Un átomo de silicio aislado tiene crea un equilibrio de fuerzas que mantiene unidos los
cuatro electrones en su orbita de
atomos de silicio. Para que esto se lleve a cabo un
valencia, para ser establemente
átomo debe situarse entre otros cuatro, de esta forma
químico un átomo de silicio
cada vecino comparte un electrón con el átomo central,
necesita 8 electrones en dicha
lográndose en esta forma que cada átomo capte 4
orbita, debido a esto el átomo se
electrones haciendo con ello un total de 8 en su orbita
combina con otros de tal manera
de valencia.
que llegue a tener 8 electrones en
su orbita de valencia

3. • Los electrones viajan en orbitas formando radios, se
requiere energía (calor, luz u otra radiación), para
ENLACES COVALENTES mover un electrón de una orbita pequeña a una mas
Y NIVELES DE ENERGIA grande, porque se debe efectuar un trabajo para
contrarrestar la atracción del núcleo. Por lo tanto,
Los 8 electrones no pertenecen cuanto mas grande sea la orbita del electrón mayor será
exclusivamente al átomo central, la energía potencial respecto al núcleo, en otras
sino que son compartidos con los palabras nivel de energía es solo otra forma de decir
otros 4 átomos. Estos atraen los radio orbital, se dice entonces que el átomo se
electrones compartidos debido a encuentra en estado de excitación.
que los centros adyacentes tienen
• Este estado no dura mucho porque el electrón pronto
una carga exclusivamente
regresa a su nivel de energía original, pero cuando cae
positiva, creando fuerzas iguales y
regresa la energía adicional adquirida en forma de calor,
opuestas. Esta atracción en
luz o alguna otra forma de radiación.
direcciones opuestas es el enlace
covalente, esto es la fuerza que
sostiene a los átomos juntos

4. • Los electrones que se encuentran en la primera orbita
tienen niveles de energía ligeramente diferentes, porque
todos están rodeados por diferentes cargas distribuidas,
BANDAS DE ENERGIA ya que existen billones de ellos en las primeras orbitas,
los distintos niveles de energía forman un grupo o una
Cuando un átomo de silicio se banda. De la misma forma todos los billones de
aisla, la orbita de un electrón segundas orbitas y sus respectivos electrones que tienen
es controlada por las cargas de diferentes niveles de energía forman una segunda banda
ese átomo aislado. Pero energética, esto quiere decir que todas las orbitas
cuando los átomos de silicio disponibles están ocupadas por electrones.
se combinan en un cristal, la • En la figura se indican las bandas de energía de un
cristal de silicio a una temperatura de cero absoluto (-
orbita de un electrón esta
273 ˚ C ); en este punto es donde cesa la vibración
influida por las cargas de molecular, por lo tanto no existe corriente alguna en el
muchos átomos adyacentes. cero absoluto.
Como cada electrón tiene una
posición diferente dentro del
cristal, ninguno de ellos se
encuentra bajo influencia de
un mismo patrón de cargas
circundantes, por esta razón la
orbita de cada electrón es
diferente.

5. La energía que aparece en forma de calor rompe algunos
enlaces covalentes, es decir obliga algunos electrones de
EFECTOS DE LA valencia hacia la banda de conducción, de esta forma es
TEMPERTATURA como se obtiene un numero limitado de electrones en esa
banda, bajo la influencia de un campo eléctrico estos
electrones se mueven y generan una corriente. Cada vez que
un electrón es empujado a la banda de conducción se crea
un hueco en la banda de valencia, por lo tanto la banda de
valencia ya no esta saturada o llena y cada hueco en la
banda de valencia representa una orbita disponible de
rotación.
A temperatura ambiente, la corriente es demasiada pequeña
para ser útil(alrededor de 25 ˚C), a esta temperatura una
pieza de silicio no es ni buen aislador ni buen conductor,
por lo que se le denomina semiconductor.
El aumento de la temperatura hace
que los átomos en un cristal de
silicio vibren dentro de él, un
electrón se puede liberar de su
órbita, lo que deja un hueco, que a
su vez atraerá otro electrón.