Fundamentos de los Materiales Semiconductores y su Estructura Atómica

Introducción a los Materiales Semiconductores

A partir de las resistencias, condensadores e inductancias surge la necesidad de nuevos aparatos para el control de la corriente y así se descubren las propiedades semiconductoras. Estos materiales adquieren una serie de ventajas respecto a las válvulas en el tratamiento de señales: espacio más reducido, mayor resistencia y mayor vida; pero también presentan desventajas: son sensibles al cambio de temperatura y no logran conseguir potencias muy elevadas.

Conductores: El Caso del Cobre

Conductores: el cobre es un buen conductor porque posee carga neutra (29+ y 29-). Los electrones no caen hacia adentro por la fuerza centrípeta (hacia adentro). Posee un electrón de valencia que es atraído muy débilmente por la parte interna; por esto es muy fácil arrancarlo. Aun con una tensión más pequeña, el cobre conduce corriente.

Clasificación por Electrones de Valencia

• Semiconductor: tiene 4 electrones de valencia.
• Conductores: poseen 1 electrón de valencia.
• Aislante: posee 8 electrones de valencia.

Materiales Semiconductores Específicos

Germanio

El Germanio es un semiconductor porque posee 4 átomos de valencia, 32 protones y 32 electrones.

Silicio

El Silicio es el semiconductor más utilizado; tiene 4 electrones de valencia, 14 protones y 14 electrones. El núcleo y las dos primeras órbitas constituyen la parte interna y tienen una carga de +4.

Estructura del Cristal de Silicio y Enlaces

Cristal de silicio: cuando se combinan los átomos de silicio se forma una estructura llamada cristal, donde comparten sus átomos para que todos logren tener 8 electrones de valencia.

Enlaces covalentes: en los átomos de cristal, los electrones compartidos están siendo atraídos en direcciones opuestas.

Tipos de Enlaces

• Enlace iónico: iones unidos por fuerzas naturales.
• Enlaces covalentes: formados por par de átomos.
• Enlaces metálicos: se comparten los electrones libres entre todos los átomos.

Teoría de Bandas de Energía

• BS (Banda Saturada): los electrones están más cerca al núcleo.
• BV (Banda de Valencia): los electrones están más alejados del núcleo y son semilibres.
• BC (Banda de Conducción): los electrones están en la zona más alejada del núcleo y se mueven libremente.
• BP (Bandas Prohibidas): zona donde no hay electrones.

Clasificación según Bandas y Valencia

• Conductores: tienen juntas la BV y BC, por lo que los electrones se mueven libremente.
• Semiconductores: la separación entre las bandas es de aproximadamente 1 eV.
• Aislante: la distancia entre las bandas es muy grande.