Semiconductor
Un material semiconductor tiene un valor de conductividad eléctrica que se encuentra entre el de un conductor , como el cobre metálico, y el de un aislante , como el vidrio. Su resistividad cae a medida que aumenta su temperatura; los metales se comportan de manera opuesta. Sus propiedades conductoras pueden alterarse de formas útiles introduciendo impurezas (" dopaje ") en la estructura cristalina . Cuando existen dos regiones dopadas de forma diferente en el mismo cristal, se crea una unión semiconductora . El comportamiento de los portadores de carga , que incluyen electrones , iones yagujeros de electrones , en estas uniones es la base de diodos , transistores y la mayoría de la electrónica moderna . Algunos ejemplos de semiconductores son silicio , germanio , arseniuro de galio y elementos cercanos a la llamada " escalera de metaloides " en la tabla periódica . Después del silicio, el arseniuro de galio es el segundo semiconductor más común y se utiliza en diodos láser, células solares, circuitos integrados de frecuencia de microondas y otros. El silicio es un elemento crítico para la fabricación de la mayoría de los circuitos electrónicos.
Los dispositivos semiconductores pueden mostrar una variedad de propiedades útiles, como pasar la corriente más fácilmente en una dirección que en la otra, mostrar una resistencia variable y tener sensibilidad a la luz o al calor. Debido a que las propiedades eléctricas de un material semiconductor se pueden modificar mediante dopaje y mediante la aplicación de campos eléctricos o luz, los dispositivos hechos de semiconductores se pueden usar para amplificación, conmutación y conversión de energía .
La conductividad del silicio se incrementa mediante la adición de una pequeña cantidad (del orden de 1 en 10 8 ) de pentavalente ( antimonio , fósforo , o arsénico ) (o trivalente de boro , galio , indio ) átomos. Este proceso se conoce como dopaje y los semiconductores resultantes se conocen como semiconductores dopados o extrínsecos. Además del dopaje, la conductividad de un semiconductor se puede mejorar aumentando su temperatura. Esto es contrario al comportamiento de un metal, en el que la conductividad disminuye con un aumento de temperatura.
La comprensión moderna de las propiedades de un semiconductor se basa en la física cuántica para explicar el movimiento de los portadores de carga en una red cristalina . [1] El dopaje aumenta enormemente el número de portadores de carga dentro del cristal. Cuando un semiconductor dopado contiene huecos libres, se denomina " tipo p ", y cuando contiene electrones libres, se denomina " tipo n ". Los materiales semiconductores utilizados en los dispositivos electrónicos se dopan en condiciones precisas para controlar la concentración y las regiones de los dopantes de tipo py n. Un único cristal de dispositivo semiconductor puede tener muchas regiones de tipo p y n; las uniones p – nentre estas regiones son responsables del comportamiento electrónico útil. Usando una sonda de punto caliente , se puede determinar rápidamente si una muestra de semiconductor es de tipo p o n. [2]
Algunas de las propiedades de los materiales semiconductores se observaron a mediados del siglo XIX y las primeras décadas del siglo XX. La primera aplicación práctica de los semiconductores en la electrónica fue el desarrollo en 1904 del detector de bigotes de gato , un diodo semiconductor primitivo utilizado en los primeros receptores de radio . Los avances en la física cuántica llevaron a su vez a la invención del transistor en 1947, [3] el circuito integrado en 1958 y el MOSFET ( transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico ) en 1959.
Los semiconductores en su estado natural son malos conductores porque una corriente requiere el flujo de electrones, y los semiconductores tienen sus bandas de valencia llenas, impidiendo el flujo completo de nuevos electrones. Varias técnicas desarrolladas permiten que los materiales semiconductores se comporten como materiales conductores, como el dopaje o la compuerta . Estas modificaciones tienen dos resultados: de tipo n y de tipo p . Estos se refieren al exceso o escasez de electrones, respectivamente. Un número equilibrado de electrones haría que fluyera una corriente por todo el material. [4]
