Semiconductores

Como hemos dicho, los semiconductores son los materiales con los que están fabricados los circuitos integrados y los diodos y transistores convencionales. A continuación estudiaremos sus principales propiedades. 



Además de los aislantes y de los conductores, que describimos en los posts sobre el campo eléctrico, existen unos materiales con propiedades intermedias que denominamos semiconductores. Los dos ejemplos más típicos e importantes son el silicio y el germanio. Una comprensión adecuada de sus propiedades requiere un tratamiento cuántico del problema, de lo que se encarga la teoría de bandas de energía.

Un electrón en un átomo sólo puede estar en uno de los niveles de energía de dicho átomo. Cuando los átomos se juntan para constituir un sólido, dichos niveles se ensanchan formando las bandas de energía, separadas por zonas de energías prohibidas o gaps. En cada banda puede haber un número determinado de electrones. Los materiales cuyas bandas están totalmente llenas o completamente vacías son aislantes. Los materiales con bandas semillenas son conductores. Los semiconductores poseen unas bandas totalmente llenas y otras vacías, como los aislantes, pero la diferencia energética entre la última llena y la primera vacía es pequeña y, al aumentar la temperatura, los electrones pueden saltar a las bandas vacías y conducir la corriente. A este tipo de conducción, en la que no participan las impurezas, se la denomina intrínseca.
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La importancia de los semiconductores reside en las propiedades de sus impurezas. Supongamos que tenemos, por ejemplo, silicio y sustituimos uno de sus átomos por otro de fósforo, que posee un electrón más que el de silicio. El fósforo contribuye con cuatro electrones, los mismos que el silicio, a los cuatro enlaces covalentes de la estructura del sólido de silicio. El electrón extra sólo está ligeramente ligado al ion fósforo. La energía de ligadura de ese electrón es tan pequeña que a temperatura ordinaria se separa de su ion y queda libre para conducir eléctricamente. A este tipo de impureza, capaz de ceder un electrón, se la denomina donadora
Semiconductores 2

Cuando las impurezas donadoras son mayoría, decimos que el semiconductor es tipo n, por ser los electrones (con carga negativa) los principales responsables de la corriente eléctrica. Lo importante de un semiconductor tipo n es que contiene una serie de iones positivos fijos y un número igual de electrones libres que pueden conducir la corriente. A la conducción facilitada por las impurezas se la denomina extrínseca.
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Los átomos que en su última capa poseen un electrón menos que los átomos que forman el semiconductor son impurezas que se comportan al revés que los donadores. Captan un electrón con mucha facilidad y por eso se los denomina aceptores. Dicho electrón procede de la banda de valencia, que se queda con uno menos. 
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Un aceptor coge un electrón y se queda con una carga negativa y crea, al mismo tiempo, un hueco libre, que puede conducir, en la banda de valencia. Un hueco es simplemente la ausencia de un electrón de la banda de valencia, pero a todos los efectos prácticos es como si se tratara de una verdadera partícula con carga positiva. Cuando las impurezas aceptoras son mayoría, decimos que el semiconductor es tipo p, pues la conducción se realiza mayoritariamente por huecos, que es como si tuvieran carga positiva.
Semiconductores 5


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