Materiales Semiconductores

Materiales semiconductores
Los materiales semiconductores son aquellos que a temperaturas muy bajas se comportan como aislantes, es decir, no conducen la electricidad, pero que cuando la temperatura aumenta por encima de un cierto valor se convierten en muy buenos conductores.
Algunos materiales semiconductores son por ejemplo el silicio, el germanio y el selenio. Los electrones que tienen losátomos de un sólido van ocupando las bandas permitidas, una vez que se ocupa una banda los electrones restantes, si es que los hay, empiezan a ocupar la siguiente banda permitida.

En un sólido, el espectro de energía forma bandas tanto permitidas como prohibidas.

Hay varias posibilidades, una de ellas es que los átomos de una sustancia vayan llenando las capas permitidas y que todavía quedenelectrones que al empezar a ocupar la última banda permitida no la llenen completamente. Los electrones que estén en la última banda incompleta podrán desprenderse de los átomos con mucha facilidad, por tanto, podrán conducir muy bien electricidad y la sustancia es, en consecuencia, un buen conductor de electricidad. A las bandas que se ocupan completamente se les llama bandas de valencia y a lasque se ocupan parcialmente se les llama de conducción.

También puede ocurrir que una vez llena la banda de valencia, ya no haya más electrones, con lo que la banda de conducción queda vacía y el material no conduce, es decir, es un aislante.
Una tercera posibilidad, es que aunque ocurra lo anterior, la diferencia de energía entre la banda de valencia y la de conducción no sea muy grande, y loselectrones puedan pasar a esta última al recibir la energía suficiente. Este sería el caso de los materiales semiconductores.
Cuando aumenta la temperatura o se hace incidir luz sobre estos materiales, los electrones de la banda de valencia adquieren energía suficiente para saltar a la banda de conducción, dejando un hueco en la primera.
Es como si los electrones se moviesen de un átomo a otrocreando una corriente eléctrica. Por otro lado, el hueco que progresivamente van dejando los electrones tras de sí puede verse como un defecto de carga negativa, por lo que se forma otra segunda corriente debida a los huecos, que es como si transportasen carga positiva.
Para mejorar aún más la conducción en los materiales semiconductores, se les introducen impurezas, átomos similares que pueden tenerun electrón menos (tipo P) o un electrón más (tipo N). Este proceso se denomina dopaje. La conductividad eléctrica del semiconductor se aumenta sustancialmente si se le añaden impurezas de cualquiera de los dos tipos en partes por millón. Una consecuencia importante es que en semiconductores con impurezas el número de electrones que conducen electricidad puede ser controlado.
Germanio dopado conun átomo de fósforo.

Las uniones entre materiales tipo P y materiales tipo N, dan lugar a los diodos y los transistores, que tienen la particularidad que la corriente sólo circula de un tipo de material a otro y no en sentido contrario, ya que ofrece una gran resistencia al paso de corriente en un sentido y una resistencia muy baja si es en el contrario.
Las propiedades de conductividad de launión PN dependen de la dirección del voltaje, de manera que así se puede controlar el uso del dispositivo.


 

 
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SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"


Los materiales semiconductores, según su pureza, se clasifican de la siguiente forma:
1. Intrínsecos
2. Extrínsecos
Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ningunaimpureza, 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...