Electronica

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II TRANSDUCTORES OPTOELECTRONICOS

II.1 MATERIALES SEMICONDUCTORES

INTRODUCCION

Conductor
Un conductor como el cobre (N. A. 29), tiene en su ultima orbita 1 electrón libre, este electrón de valencia es atraído muy débilmente por la parte interna, una fuerza externa puede arrancar fácilmente este electrón libre del átomo. A ello se debe que el cobre sea buen conductor. Aun la tensión máspequeña puede hacer que los electrones libres de un conductor de cobre se muevan de un átomo al siguiente. Los mejores conductores (plata, cobre y oro) tienen un único electrón de valencia.

Aislante
El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo laelectricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran número de electrones que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un númerolimitado de electrones libres, se comportan como materiales semiconductores.

Los semiconductores proceden del grupo IV (elementos tetravalentes: forman 4 enlaces covalentes), Silicio (Si) y Germanio (Ge) principalmente, los grupos IIIA / VA (Arsénico (As) y Antimonio (Sb)), como el Arseniuro de Galio y el Antimoniuro de Indio. Compuestos de los grupos II A / VIA (Seleniuros y Telururos). Tambiénaleaciones de Bismuto (Bi) y Antimonio (Sb), así como materiales orgánicos (Antralenos) y compuestos iónicos.

Estrucura atómica del silicio y del germanio
El átomo está constituido por un núcleo rodeado de electrones. El núcleo atrae a los electrones, pues tiene una carga positiva, pero, gracias a la fuerza centrífuga, el electrón se mueve en una órbita estable.

Germanio
El germanio es unejemplo de semiconductor. En la Figura II.1 se muestra un átomo de germanio. En el centro se halla un núcleo con 32 protones. En este caso los electrones se distribuyen como sigue: 2 electrones en la primera órbita, 8 en la segunda y 18 en la tercera. Los últimos 4 electrones se localizan en la órbita exterior o de valencia.

El silicio
El material semiconductor más ampliamente utilizado es elsilicio. Un átomo aislado de silicio tiene 14 protones y 14 electrones. Como puede apreciarse en la Figura II.1, la primera órbita contiene 2 electrones, y la segunda contiene 8. Los 4 electrones restantes se hallan en la órbita exterior. Tiene 4 electrones en la órbita exterior o de valencia; por este motivo, el silicio es un semiconductor.

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Figura II.1. Átomo de Germanio y de Siliciorespectivamente.

Cristales de silicio
Cuando los átomos de silicio se combinan para formar un sólido, lo hacen formando una estructura ordenada llamada cristal. Cada átomo de silicio comparte sus electrones de valencia con los átomos de silicio vecinos, de tal manera que tiene 8 electrones en la órbita de valencia, como se muestra en la Figura II.2. Cuando un átomo posee 8 electrones en suórbita de valencia, como se aprecia aquí, se vuelve químicamente estable. Los círculos sombreados representan las partes internas del silicio. Aunque el átomo central tenía originalmente 4 electrones en su órbita de valencia, ahora tiene 8 electrones en esa órbita.
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Figura II.2.Átomo estable.

Comportamiento eléctrico
El núcleo atrae a los electrones, por tanto para que un electrón vaya deuna órbita pequeña a una más grande debe efectuar un trabajo para no ser atraído por el núcleo. Así, los electrones más alejados del núcleo poseerán más energía potencial. Cuando un electrón salta de la banda de valencia a la de conducción, se libera del enlace covalente y se convierte en un portador de carga; así facilita la conducción de la corriente. El electrón que salta deja un hueco (carga...
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