Semiconductores

Introducción Los semiconductores semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, na turaleza, después del oxígeno. tros semiconductores semiconductores son el germanio ! el selenio. Los átomos de silicio tienen su orbital externo incompleto con sólo cuatro electrones, denominados electrones de valencia. Estos átomos forman una red cristalina, en la que cada átomo comparte sus cuatro electrones de valencia con los cuatro átomos vecinos, formando enlaces covalentes. " temperatura ambiente, algunos electrones de valencia absorben su#ciente energía calorí#ca para librarse del enlace covalente ! moverse a través de la red cristalina, convirtiéndose en electrones libres. $i a estos electrones, que %an roto el enlace covalente, se les somete al potencial eléctrico de una pila, se dirigen al polo positivo.

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&ateriales $emiconductores Los primeros semiconductores utilizados para #nes técnicos fueron peque'os detectores diodos empleados a principios del siglo () en los primitivos radiorreceptores, radiorreceptores, que se conocían como *de galena+. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la peque'a piedra de galena o sulfuro de plomo -b$ que %acía la función de diodo ! que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una agu/a que tenía dispuesta sobre la super#cie de la piedra. "unque con la galena era posible seleccionar ! escuc%ar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas. En 012) 3ussell %l, investigador de los Laboratorios 4ell, descubrió que si a ciertos cristales se le a'adía una peque'a cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condu/o al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. -osteriormente, en 0125 6illiam $%oc7le!, investigador también de los Laboratorios 4ell, 6alter 4rattain ! 8o%n 4arden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio 9e, al que denominaron *transistor+ ! que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica electrónica moderna. Los :semiconductores: como el silicio $i, el germanio 9e ! el selenio $e, por e/emplo, constitu!en elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores ! los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. $in embargo, ba/o determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para recti#car corriente alterna, detectar se'ales de radio, ampli#car se'ales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.

Lugar que ocupan en la Tabla Periódica los trece







gris corresponden a “metales”, los de ondo erde a “metaloides” y los de.ondo a!ul a “no metales”.

Esos elementos semiconductores que aparecen dispuestos en la ;abla ;abla -eriódica constitu!en constitu!en la materia prima principal, en especial el silicio $i, para fabricar diodos detectores ! recti#cadores recti#cadores de corriente, transistores, circuitos integrados ! microprocesadores. Los átomos de los elementos semiconductores pueden poseer dos, tres, cuatro o cinco electrones en su u!a a través de sus cuerpos cuando se les aplica una diferencia de potencial o corriente eléctrica. En esas condiciones, al no presentar conductividad eléctrica alguna, se comportan de forma similar a un material aislante. a islante.

TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES Grupo en l Electrone$ Número Nombre del Cte"or# Número$ Tbl en l últim Atómico Elemento  de %lenci !eriódic órbit

2?

@d @admio

C

4 4oro

0D

"l "luminio

D0

9a 9alio

21

In Indio

IIa

IIIa

( eA

B(

&eta &etalo loid ide e D eA

BD

&etal

&etal







DD

"s "rsénico

C0

$b "ntimonio

0G

$ "zufre

D2

$e $elenio

C(

;e ;elurio

&etaloide

Ia

=o metal

G eA

B(, A( B2, BG

&etaloide

Incremento de l conducti%idd en un elemento $emiconductor

La ma!or o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales semiconductores semiconductores depende en gran medida de su temperatura interna. En el caso de los metales, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia al paso de la corriente también aumenta, disminu!endo la conductividad. ;odo ;odo lo contrario ocurre con los elementos semiconductores, pues mientras su temperatura aumenta, la conductividad también aumenta. En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de los siguientes métodosH 

Elevación de su temperatura



Introducción de impurezas dopa/e dentro de su estructura cristalina



Incrementando la iluminación.

@on relación a este






$esistencia dependiente de la lu! %L&$', conocida tambi(n como otorresistor o c(lula otoel(ctrica. Posee la característica de disminuir el alor de su resistencia interna cuando la intensidad de lu! que incide sobre la superfcie de la celda aumenta. )omo material o elemento semiconductor utili!a el suluro de cadmio %)d*' y su principal aplicación es en el encendido y apagado autom+tico del alumbrado público en las calles de de las ciudades, ciudades, cuando disminuye disminuye la lu! solar. solar.

En dependencia de cómo varíen los factores de los puntos más arriba expuestos, los materiales semiconductores se comportarán como conductores o como aislantes.

La conductiidad el(ctrica de los cuerpos materiales % σ ' constituye la capacidad que tienen de conducir la corriente el(ctrica. La órmula matem+tica para "allar la conductiidad es la siguiente

)omo se puede apreciar en esta órmula, la conductiidad % σ ' se obtiene obtiene "allando primeramente primeramente el resultado resultado de la recíproca de la resistencia %o sea, -$' multiplic+ndolo a continuación por el resultado que se obtiene de diidir la longitud del material %L' entre su +rea %/'. 0n esa órmula se puede obserar obserar tambi(n tambi(n que la la resistencia %$' %$' es inersamente proporcional a % σ ', por lo que, que, a menor resistencia en o"m de un cuerpo, la conductiidad resultante ser+ mayor.







$E&I@=K@;3E$ :I=;3=$E@$: Los materiales semiconductores, semiconductores, seg








@omo se puede observar en la ilustración, en el caso de los semiconductoress el espacio semiconductore correspondiente correspondie nte a la banda pro%ibida es muc%o más estrec%o en comparación con los materiales aislantes. La energía de salto de banda Eg requerida por los electrones para saltar de la banda de valencia a la de conducción es de 0 e aproximadamente. aproxi madamente. En los semiconductoress de silicio $i, la semiconductore energía de salto de banda requerida por los electrones es de 0,(0 e, mientras que en los de germanio 9e es de ),5?C e.

0structura cristalina de un semiconductor intrínseco, compuesta solamente por +tomos de silicio %*i' que orman una celosía. )omo se puede obserar obserar en la ilustració ilustración, n, los +tomos +tomos de silicio %que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de alencia', se unen ormando enlaces coalente para completar







$E&I@=K@;3E$ :EM;3=$E@$: @uando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le







En la actualidad el elemento más utilizado para fabricar semiconductores para el uso de la industria electrónica es el cristal de silicio $i por ser un componente relativamente barato de obtener. La materia prima empleada para fabricar cristales semiconductores de silicio es la arena, uno de los mate ma teri rial ales es má máss ab abun undan dante tess en la nat natura urale leza za.. En su for forma ma in indu dust stria riall primaria el cristal de silicio tiene la forma de una oblea de mu! poco grosor entre ),() ! ),(C mm aproximadamente, pulida como un espe/o.

/ la i!quierda se muestra la ilustració ilustración n de una oblea %1aer' o cristal crist al semi semicond conducto uctorr de de..sil silici icio o pu pulid lida a co con n br brill illo o de esp espe2o e2o,, destinada a la abricación de transistores y circuitos..integrados. / la derec"a aparece la cuarta parte de la circuitos oblea conteniendo cientos de .minúsculos dados o “c"ips”, que se pu pued eden en obt bten ener er de cad ada a un una. a. 0s 0sos os c" c"ip ips s so son n lo los s .que despu(s desp u(s de pasa pasarr por un pro proceso ceso tecnológico tecnológico apropiado apropiado se conertir+n conertir +n en en..transistores o circuitos integrados. 3na e! que los c"ips se "an conertido en .tra transi nsisto stores res o cir circui cuitos tos







urante muc%o tiempo se empleó también el selenio $ para fabricar diodos semiconductores en forma de placas rectangulares, que combinadas ! montadas en una un a es espe peci cie e de e/ e/e e se em empl plea eaba ban n pa para ra re rect cti# i#ca carr la corriente alterna ! convertirla en directa. Po! en día, además del silicio ! el germanio, se emplean también combinaci comb inaciones ones de otro otross elem elementos entos semi semicondu conductor ctores es presentes en la ;abla -eriódica. Placa indiidual de 5 4 5 cm de +rea, correspondiente a un antiguo diodo de selenio.

Entre esas combinaciones se encuentra la formada por el galio 9a ! el arsénico "s utilizada para obtener arseniuro de galio 9a"s, material destinado a la fabricación de diodos láser empleados como dispositivos de lectura en @s de audio.

Lente %se6alada con la 7ec"a' detr+s de la cual se encuen enc uentra tra in insta stalad lado o un dio diodo do l+ l+ser ser de ar arsen seniu iuro ro de gali ga lio o %8 %8a/ a/s' s' em empl plea eado do pa para ra le leer er dat atos os de te te4t 4to, o,







corresponda

a

cada

átomo

en

especí#co.

@on respecto a los elementos semiconductores, que poseen sólo cuatro electrones en su








@onclusión

Semiconductores

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