MATERIALES SEMICONDUCTORES

En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a

ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad

eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz.

Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por

ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias entre los

cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la

otra.

Sin embargo, bajo 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 rectificar corriente alterna, detectar señales de radio,

amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas

utilizadas en electrónica digital, etc.

Lugar que ocupan en la

Tabla Periódica los trece

elementos con

características

de semiconductores,

identificados con su

correspondiente número

atómico y

grupo al que pertenecen.

Los que aparecen con

fondo gris corresponden a

“metales”, los de fondo

verde a “metaloides” y los

de. fondo azul a “no

metales”.

TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES

La mayor o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales 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, disminuyendo la conductividad.

Todo lo contrario ocurre con los elementos semiconductores, pues mientras su temperatura aumenta, la conductividad también aumenta.

Incremento de la conductividad en un elemento

semiconductor

En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede

variar aplicando uno de los siguientes métodos:

Elevación de su temperatura

Introducción de impurezas (dopaje) dentro

de su estructura cristalina

Incrementando la iluminación.

Tipos de materiales semiconductores

Los materiales semiconductores, según su pureza, se clasifican de la

siguiente forma:

Intrínsecos

Extrínsecos

SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"

Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o

sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su

estructura.

En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia

al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se

encuentran presentes en la banda de conducción.

Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento

semiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios

electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que

ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos.

Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como

“electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro

dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor

se estimule con el paso de una corriente eléctrica.

SEMICONDUCTORES "EXTRÍNSECOS"

Semiconductor tipo n

Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que son impurezas pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben el nombre de "portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios".

Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito externo entra al semiconductor y se recombina con el hueco.

Son los semiconductores que están dopados, esto es que tienen impurezas. Hay 2

tipos dependiendo de que tipo de impurezas tengan:

Semiconductor tipo P

Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que son impurezas trivalentes.

Como el número de huecos supera el número de electrones libres, los huecos son los

portadores mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios.

Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los

huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo

derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo.

En el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios. Los electrones libres

dentro del semiconductor circulan de derecha a izquierda. Como hay muy pocos

portadores minoritarios, su efecto es casi despreciable en este circuito.

MECANISMO DE CONDUCCIÓN DE UN

SEMICONDUCTOR

Cuando a un elemento semiconductor le aplicamos una diferencia de potencial o

corriente eléctrica, se producen dos flujos contrapuestos: uno producido por el

movimiento de electrones libres que saltan a la “banda de conducción” y otro por el

movimiento de los huecos que quedan en la “banda de valencia” cuando los

electrones saltan a la banda de conducción.

Si analizamos el movimiento que se produce dentro de la estructura cristalina del

elemento semiconductor, notaremos que mientras los electrones se mueven en una

dirección, los huecos o agujeros se mueven en sentido inverso. Por tanto, el

mecanismo de conducción de un elemento semiconductor consiste en mover cargas

negativas (electrones) en un sentido y cargas positivas (huecos o agujeros) en sentido

opuesto.

Ese mecanismo de movimiento se denomina "conducción propia del semiconductor",

que para las cargas negativas (o de electrones) será "conducción N", mientras que

para las cargas positivas (de huecos o agujeros), será "conducción P".