Influencia De La Temperatura En Los Materiales Semiconductores

Resumen: la información contenida en este informe, es referente a los semiconductores, desde su composición interna mediante el estudio de los modelos atómico, además de la teoría cuántica, base que explica los cambios que estos sufren debido a diversos efectos o procesos, enfatizando en la influencia directa de la temperatura.

Palabras claves: átomo, modelos atómicos, bandas energéticas, semiconductores, conducción.

1. INTRODUCCIÓN

Los materiales semiconductores no son más que estos que tienen características tanto de conductores, como de aislantes y a través de ciertos procesos físicos o químicos se pueden modificar para que cumplan con un papel u otro.

Estas características los hacen especialmente importantes, ya que, el flujo controlado de partículas cargadas es fundamental para la operación de todos los dispositivos electrónicos.

Entre estos procesos o condiciones que modifican las conductividad de los semiconductores son; El Dopaje, la Luz y La Temperatura.

En la siguiente investigación, se analizara a fondo los efectos internos que producen los cambios de temperatura en los semiconductores, se espera que la lectura sea fructífera y de su agrado.

2. TEORÍA CUÁNTICA

Esta teoría tiene sus bases en la utilización del concepto de unidad “cuántica” para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. La unidad cantica es el cuanto, que no son más que pequeñas y discretas unidades de energía que pueden emitir o absorber la materia.

Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, como resultado de los estudios de la radiación del cuerpo negro realizados por los físicos en los últimos años del siglo XIX (el término “cuerpo negro” se refiere a un cuerpo o superficie ideal que absorbe toda la energía radiante sin reflejar ninguna). Un cuerpo a temperatura alta (al rojo vivo) emite la mayor parte de su radiación en las zonas de baja frecuencia (rojo e infrarrojo); un cuerpo a temperatura más alta (al rojo blanco) emite proporcionalmente más radiación en frecuencias más altas (amarillo, verde o azul).

Todas las moléculas de un sólido pueden vibrar, y la amplitud de sus vibraciones está directamente relacionada con la temperatura. En principio son posibles todas las energías de vibración, y la energía térmica del sólido debería de poder convertirse de forma continua en radiación electromagnética mientras se le suministre energía.

3. ÁTOMO

Se denomina como la unidad más pequeña posible de un elemento químico. Esta partícula fundamental se consideraba indestructible, de hecho, átomo significa en griego “no divisible”. Esta compuesto por un núcleo, el cual contiene protones cargados positivamente y neutrones sin carga, y por electrones cargados negativamente que, en el sentido clásico, están en orbitas alrededor del núcleo. Los electrones se distribuyen en varias “Capas” a diferentes distancias del núcleo, y la energía del electrón aumenta a medida que crece el radio de la capa.

Los electrones en la capa más externa reciben el nombre de “electrones de valencia”, y la actividad química de un material está determinada principalmente por este número de electrones.

4. MODELOS ATÓMICOS

Con la llegada de la ciencia experimental en los siglos XVI y XVII, los avances en la teoría atómica se hicieron más rápidos. Los químicos se dieron cuenta muy pronto de que todos los líquidos, gases y sólidos se pueden descomponer en sus constituyentes últimos, o elementos. Por ejemplo, se descubrió que la sal se componía de dos elementos diferentes, el sodio y el cloro, ligados en una unión íntima conocida como compuesto químico. El aire, en cambio, resultó ser una mezcla de los gases nitrógeno y oxígeno. A medida que los científicos fueron conociendo la estructura del átomo, gracias a los datos experimentales, fueron ajustando distintos modelos atómicos.

4.1. Modelo de Thomson:

El físico británico Joseph J. Thomson propuso en 1898 uno de los primeros modelos atómicos. Describió el átomo como una esfera con carga positiva en la que estaban "incrustadas" unas pocas partículas con carga negativa llamadas electrones.

Fig. 1 Modelo de Thomson

4.2. Modelo de Rutherford

Los experimentos realizados por el físico británico Ernest Rutherford le llevaron a deducir que la carga positiva de un átomo y la mayoría de su masa están concentradas en una pequeña región central llamada núcleo. En el modelo de Rutherford, los electrones, cargados negativamente, giraban alrededor del núcleo como los planetas en torno al Sol.

Fig. 2 Modelo de Rutherford

4.3. Modelo de Bohr:

El físico danés Niels Bohr descubrió que los electrones de un átomo sólo pueden tener determinados valores de energía. Propuso que la energía de un electrón estaba relacionada con la distancia de su órbita al núcleo. Por tanto, los electrones sólo giraban en torno al núcleo a determinadas distancias, en “órbitas cuantizadas”, que correspondían a las energías permitidas.

Fig. 3 Modelo de Bohr

4.4. Modelo de Schrödinger:

En 1926, el físico austriaco Erwin Schrödinger introdujo un cambio revolucionario en el modelo atómico. Según el modelo propuesto, los electrones no giran en torno al núcleo, sino que se comportan más bien como ondas que se desplazan alrededor del núcleo a determinadas distancias y con determinadas energías. Este modelo resultó ser el más exacto: los físicos ya no intentan determinar la trayectoria y posición de un electrón en el átomo, sino que emplean ecuaciones que describen la onda electrónica para hallar la región del espacio en la que resulta más probable que se encuentre el electrón.

Fig. 4 Modelo de Schrödinger

5. PARTÍCULAS SUBATOMICAS

A partir del estudio de las descargas eléctricas a través de gases a baja presión se descubrió que la materia tenía naturaleza eléctrica y que el átomo no podía estar definido como decía Dalton.

En 1964 William Crookes descubre una radiación luminosa que se produce en un tubo de vidrio que contenía un gas a baja presión, después de una descarga de bajo voltaje. Esta observación origino la curiosidad necesaria para el descubrimiento de otros tipos de radiaciones, tales como los rayos catódicos, rayos canales, rayos X.

Los rayos

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