SEMICONDUCTORES

SEMICONDUCTORES

CARACTERSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES

Un semiconductor es un elemento con propiedades eléctricas entre las de un conductor y un aislante. Son materiales que ocupan una posición intermedia entre los aislantes y los conductores. Los primeros poseen muy pocas cargas móviles y, en consecuencia, presentan una resistencia muy alta al paso de la corriente (idealmente una resistencia infinita). La resistencia eléctrica que presentan los segundos es muy baja (idealmente cero) debido a su riqueza en dichas cargas. Los semiconductores suelen ser aislantes a cero grados Kelvin, y permiten el paso de corriente a la temperatura ambiente. Esta capacidad de conducir corriente puede ser controlada mediante la introducción en el material de átomos diferentes al del semiconductor, denominados impurezas. Cuando un semiconductor posee impurezas se dice que está dopado.

Son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas temperaturas son aislantes. Pero a medida que se eleva la temperatura o bien por la adicción de determinadas impurezas resulta posible su conducción. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos integrados, etc.

Silicio

El átomo de silicio posee catorce electrones. De éstos, los cuatro más alejados del núcleo son los electrones de valencia que participan en los enlaces con otros átomos. El silicio es, por tanto, un átomo tetravalente.

El silicio que se utiliza para fabricar dispositivos electrónicos es un mono cristal cuya estructura cristalina se denomina de diamante. Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria de la cerámica técnica y, debido a que es un material semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitos electrónicos. Cada átomo de silicio está unido a otros cuatro mediante enlaces covalentes. Un enlace covalente se forma entre dos átomos que comparten dos electrones. Cada uno de los electrones del enlace es aportado por un átomo diferente.

Resulta muy engorroso trabajar con la representación cristalina tridimensional. Por ello suele recurrirse a un esquema bidimensional, denominado modelo de enlaces, en el que se representa la característica esencial de la estructura cristalina: cada átomo está unido a cuatro átomos vecinos mediante enlaces covalentes. En este modelo cada átomo dedica sus cuatro electrones de valencia a constituir cuatro enlaces covalentes.

Germanio

El germanio pertenece a la misma familia química que el carbono, el silicio y el plomo; se parece a estos elementos en que todos ellos forman derivados orgánicos como el tetra etilo de germanio y el tetra fenilo de germanio.

Se encuentra en pequeñas cantidades en yacimientos de plata, cobre y cinc, así como en el mineral germanita, que contiene un 8% de germanio. El elemento y sus compuestos tienen numerosas aplicaciones. Los cristales de germanio convenientemente tratados tienen la propiedad de rectificar o permitir el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido.

Su uso es en semiconductores y transistores. En forma de mono cristales para la fabricación de elementos ópticos (lentes, prismas y ventanas) para espectroscopia infrarroja: Espectroscopios, detectores de infrarrojos. El alto índice de refracción del óxido de germanio lo hace útil para la fabricación de lentes gran angular de cámaras fotográficas y objetivos de microscopio.

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

¿QUE SON LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Y EXTRINSECOS?

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

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