Quimica

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SEMICONDUCTORES

Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS SEMICONDUCTORES

Las propiedades eléctricas de un material semiconductor vienen determinadas por su estructura atómica. En un cristal puro de germanio o de silicio, los átomos están unidos entre sí endisposición periódica, formando una rejilla cúbica tipo diamante perfectamente regular. Cada átomo del cristal tiene cuatro electrones de valencia, cada uno de los cuales interactúa con el electrón del átomo vecino formando un enlace covalente. Al no tener los electrones libertad de movimiento, a bajas temperaturas y en estado cristalino puro, el material actúa como un aislante.

Estructuracristalina de un semiconductor
Compuesta solamente por átomos de silicio (Si)

PRINCIPALES ELEMENTOS SEMICONDUCTORES UTILIZADOS INDUSTRIALMENTE

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 |   |   |

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

Los principales materiales que presentan propiedades semiconductoras son elementos simples, como el silicio (Si) y el germanio (Ge).

Estos elementos son tetravalentes, tienen cuatro electrones de valencia, y forman enlaces covalentes en los que comparten estos electronescon los átomos vecinos. El enlace covalente mantiene «anclados» a los electrones e impide su desplazamiento, por lo que da lugar a materiales que no pueden conducir la corriente eléctrica.

Sin embargo, los enlaces covalentes de los elementos mencionados anteriormente no son muy fuertes, y se pueden romper con facilidad si se aporta una pequeña cantidad de energía (con calor, luz o aplicando unvoltaje). En esas condiciones, los electrones que formaban los enlaces quedan «libres», y el material podrá conducir la corriente eléctrica gracias a ellos. Este tipo de conducción se denomina conducción intrínseca y es necesario aportar energía al semiconductor para que se produzca.

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS

Los semiconductores intrínsecos presentan una conductividad muy baja, por lo que sehan buscado métodos para aumentar su valor. Esto ha dado lugar al desarrollo de los semiconductores extrínsecos.

Podemos conseguir que un material semiconductor se convierta en conductor aportándole las cargas eléctricas necesarias para que pueda conducir la corriente eléctrica. Esto se logra introduciendo impurezas en el material, mediante un proceso denominado dopado, y en este caso hablamosde conducción extrínseca.

Si en un material hay un exceso de cargas negativas (electrones), muchas de ellas no podrán encontrar pareja para formar el enlace. Como consecuencia, estos electrones «de sobra» se situarán libremente alrededor de los átomos y podrán moverse con facilidad.

Este exceso de cargas negativas se consigue introduciendo impurezas con más electrones de valencia que elmaterial semiconductor base. Estas impurezas se denominan impurezas donadoras, y el material obtenido, semiconductor tipo N.
De forma análoga, también se puede introducir un exceso de cargas positivas en el material. En este caso se produce un defecto de electrones o, dicho de otra forma, un exceso de huecos (entendiendo por hueco la ausencia del electrón que compensa la carga positiva).

El...
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