Semiconductores

Materiales semiconductores

Estructura del átomo

Cómo es bien sabido, el átomo está compuesto de núcleo que contiene

subpartículas tales como el protón (con carga positiva) y los neutrones sin

carga. En su periferia, orbitando alrededor del núcleo están los electrones con

mucha menor masa que las partículas del núcleo (unas 2000 veces menor).

Estos electrones pueden ser de dos tipos:

1. E lectrones ligados al núcleo: orbitan capas interiores del átomo, cerca

de este y muy difícilmente pueden escapar del mismo.

2. E lectrones de valencia: orbitan en capas exteriores del átomo, en niveles

superiores de energía y pueden escapar en determinadas condiciones

del átomo. Del mismo modo, el átomo acepta en tales niveles electrones

externos. Los electrones de valencia determinan las propiedades

químicas de los materiales.

Son los electrones de valencia los que determinan también las propiedades

eléctricas de un material y así tenemos:

1. M ateriales conductores (metales): Los metales tienen estructura

cristalina, esto es, los núcleos de los átomos que componen un metal

están perfectamente ordenados y los electrones de valencia de los

mismos están tan débilmente atados a sus respectivos átomos que cada

uno de ellos es compartido por todos los átomos de las estructura. Es

por ello que en el metal se forma un nube electrónica cuyos electrones

son compartidos por toda la estructura y ninguno de ellos está atado

particularmente alguno de los átomos.

2. M aterial aislante: Los electrones de valencia están ligados fuertemente a

sus respectivos núcleos atómicos. Los electrones de uno de sus átomos

no son compartidos con otros átomos.

3. M ateriales semiconductores: Estos materiales se comportan como

aislantes a bajas temperaturas pero a temperaturas más altas se

comportan como conductores. La razón de esto es que los electrones de

valencia están ligeramente ligados a sus respectivos núcleos atómicos,

pero no lo suficiente, pues al añadir energía elevando la temperatura son

capaces de abandonar el átomo para circular por la red atómica del

material. En cuanto un electrón abandona un átomo, en su lugar deja un

hueco que puede ser ocupado por otro electrón que estaba circulando

por la red.

Los materiales semiconductores más conocidos son: Silicio (Si) y

Germanio (Ge), los cuales poseen cuatro electrones de valencia en su

último nivel. Por otra parte, hay que decir que tales materiales forman

también estructura cristalina.

Hay que destacar que, para añadir energía al material semiconductor,

además de calor, también se puede emplear luz

Teoría de bandas

Esta teoría explica el comportamiento de los materiales al paso de la corriente

desde una perspectiva más científica.

Definimos Banda de Valencia (BV) al conjunto de energía que poseen los

electrones de valencia.

Definimos Banda de Conducción (BC) al conjunto de energía que poseen los

electrones para desligarse de sus átomos. Los electrones que estén en esta

banda pueden circular por el material si existe una tensión eléctrica que los

empuje entre dos puntos.

En base a estos dos conceptos tenemos tres casos:

- C onductor: En este caso

la Energía de la banda de

valencia es mayor que la

de los electrones de la

banda de conducción. Así

pues, las bandas se

superponen y muchos

electrones de valencia se

sitúan sobre la de

conducción con suma

facilidad y, por lo tanto

con opción de circular por el medio.

- A islante: En este caso la

energía de la banda de

conducción es mucho mayor

que la energía de la banda

de valencia. En este caso,

existe una brecha entre la

banda de valencia y la de

conducción de modo que,

los electrones de valencia no

pueden acceder a la banda

de conducción que estará

vacía. Es por ello que el aislante no conduce. Sólo a temperaturas muy

altas, estos materiales son conductores.

1. S emiconductores: En este

caso, la banda de

conducción sigue siendo

mayor que la banda de

valencia, pero la brecha

entre ambas es mucho

más pequeña, de modo

que, con un incremento

pequeño de energía, los

electrones de valencia saltan a la banda de conducción y puede circular

por el medio. Cuando un electrón salta desde la banda de valencia a la

de conducción deja un hueco en la banda de valencia que, aunque

parezca extraño, también se considera portador de corriente eléctrica.

En resumen: en los semiconductores hay dos tipos de portadores de corriente

eléctrica:

- Los electrones: con carga negativa

- Los huecos con carga positiva.

A los materiales semiconductores puros se les conoce como semiconductores

intrínsecos.

Semiconductores extrínsecos

Son materiales semiconductores puros contaminados con impurezas en

mínimas proporciones (una partícula

...