Semiconductores

IDENTIFICACION DE MATERIALES SEMICONDUCTORES.

Principios de funcionamiento de materiales semiconductores.

Clasificación de materiales.
Los materiales desde el punto de vista eléctrico se pueden clasificar por su estructura atómica en tres grandes grupos:
* Conductores.
* Aislantes
* Semiconductores.

CONDUCTORES.- Un conductor es un material que, en mayor o menor medida,conduce el calor y la electricidad. Los metales son buenos conductores en cambio el vidrio, la madera, la lana y el aire son malos conductores.
Los mejores conductores son el cobre, oro y plata. Lo que diferencia a un buen conductor de un mal conductor es la cantidad de electrones de valencia, es decir, los electrones que el átomo tenga en su ultima orbita o capa.
El cobre como se menciono esun buen conductor, su estructura atómica la podemos observar en la siguiente figura:

Su número atómico es 29. Esto significa que en el núcleo hay 29 protones (cargas positivas) y girando alrededor de él hay 29 electrones girando en diferentes órbitas.
NOTA: El numero máximo de electrones por capa es 2 ( n2 ) siendo n un numero entero n = 1, 2, 3, 4, 4, 3, 2. Así en la primera órbita (endonde n = 1) caben 2 ( 12 ) = 2 electrones. De tal forma que en la segunda órbita 2( 22 )= 8 electrones. En la tercera órbita 2( 32 )= 18 electrones. Y la cuarta órbita solo tiene 1 electrón aunque en ella caben 2( 42 )= 32 electrones. Un átomo no puede tener más de 7 capas u orbitas y el número máximo de electrones permitidos por capa son 32 en la última capa es 8. Esta ultima capa es llamada“capa de valencia”
El número máximo permitido en la cuarta capa es de 2 x 4², o sea, 32. Entonces, este único electrón en la capa más externa no se halla ligado con fuerza al núcleo, por lo que puede ser removido fácilmente.
Algo importante de recordar es que la temperatura influye en el comportamiento de los conductores, ya que modifica sus condiciones de resistencia asi tenemos que:
* 0 ºK(-273 ºC cero absoluto) un metal no conduce.
* A Temperatura ambiente 300 ºK (27 ºC) ya hay electrones libres debidos a la energía térmica.

AISLANTES.- Los aislantes tienen la característica de contar en su capa de valencia 6, 7 u 8 electrones de valencia por lo que resulta difícil y complicado separar uno de estos electrones del átomo. Los aislantes mas usados son el plástico, vidrio ycerámica.

SEMICONDUCTORES.- Son elementos que tienen de 3 a 5 electrones de valencia. 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 mediante un proceso conocido como doping, se adicionan átomos de impurezas (antimonio, fósforo, boro, galio, etc.) logrando dispositivos que permiten el paso de cargaseléctricas bajo determinadas condiciones, resulta posible su conducción. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos integrados, etc.
Resumiendo lo anterior diremos finalmente que los conductores tienen de 1 o 2 electrones de valencia, los aislantes de 6 a 7 electrones de valencia y los semiconductores 3 a 5 electrones de valencia.
Los 2semiconductores que veremos en nuestro estudio serán el Silicio y el Germanio:

Como vemos estos dos semiconductores se caracterizan por tener una parte interna con carga + 4 y 4 electrones de valencia.
Al combinarse los átomos de Silicio para formar un sólido, lo hacen formando una estructura ordenada llamada cristal. Esto se debe a los "Enlaces Covalentes", que son las uniones entre átomos que se hacencompartiendo electrones adyacentes de tal forma que se crea un equilibrio de fuerzas que mantiene unidos los átomos de Silicio.
Vamos a representar un cristal de silicio de la siguiente forma:

Cada átomo de silicio comparte sus 4 electrones de valencia con los átomos vecinos, de tal manera que tiene 8 electrones en la órbita de valencia, como se ve en la figura anterior. La fuerza del...