Mecanismos de Conducción Eléctrica y Factores de Resistencia en Sólidos

Factores que Afectan la Conductividad en Conductores Metálicos

La conductividad eléctrica en metales se ve influenciada por diversos factores microestructurales y ambientales. El mecanismo de conducción se basa en el libre desplazamiento de los electrones de valencia.

Efecto de la Temperatura y la Microestructura

• Aumento de la Temperatura (T): El incremento de la temperatura disminuye la conductividad. Esto se debe a que aumentan las vibraciones térmicas de los átomos (fonones), lo que incrementa la dispersión de los electrones y, por ende, las fuerzas de rozamiento que se oponen a su libre desplazamiento.
• Defectología Cristalina: Una mayor cantidad de defectos cristalinos generalmente resulta en menor conductividad, ya que estos actúan como centros de dispersión. No obstante, esto puede favorecer la conductividad en direcciones preferentes.
• Elementos de Aleación (Impurificación): La adición de elementos de aleación aumenta la resistividad del material base.
• Acritud por Deformación Plástica: La deformación plástica (acritud) aumenta tanto la resistencia mecánica como la resistividad eléctrica.
• Precipitación de Segundas Fases: La precipitación controlada de segundas fases consigue altos índices de endurecimiento y, en algunos casos, alta conductividad.

Mecanismos de Conducción en Semiconductores

Semiconductores Intrínsecos

En los semiconductores intrínsecos, el mecanismo de conducción se debe a los electrones y huecos generados térmicamente. La energía del electrón en el interior de un sólido cristalino está cuantizada y corresponde a estados permitidos discretos:

• Los electrones conductores se sitúan en la Banda de Conducción (B.C.).
• Los huecos conductores se sitúan en la Banda de Valencia (B.V.).

Dependencia de la Conductividad con la Temperatura

La conductividad a 0 K es casi nula, puesto que no existen electrones libres en la B.C. ni tampoco huecos en la B.V., ya que la energía térmica disponible para su generación es nula.

Cuando aumentamos la Temperatura (T), la conductividad se incrementa. Esto se debe a que, al haber más energía disponible, crece la población de portadores de carga libre (electrones en la B.C. y huecos en la B.V.).

Semiconductores Extrínsecos (Dopados)

Los semiconductores extrínsecos se obtienen mediante el dopaje, introduciendo impurezas que modifican la concentración de portadores de carga:

• Tipo N (Dopante Donante): Se caracterizan por tener un electrón de valencia adicional respecto al semiconductor base.
• Tipo P (Dopante Aceptor): Se caracterizan por tener un electrón de valencia menos que el semiconductor base.

Diferencias entre Semiconductores Tipo N y Tipo P

Semiconductor Tipo N

Son donadores de electrones. El mecanismo principal de conducción es el electrón donado a la Banda de Conducción (portador mayoritario).

• Los donantes modifican la estructura de bandas introduciendo niveles energéticos próximos a la Banda de Conducción.
• La Banda de Valencia (B.V.) se encuentra llena.

Semiconductor Tipo P

Son aceptores de electrones. El agente conductor principal es el hueco introducido en la Banda de Valencia (portador mayoritario).

• Los aceptores introducen niveles energéticos próximos a la Banda de Valencia.
• Son dopados con agentes aceptores que poseen un electrón de valencia menos y, por lo tanto, no les es posible completar totalmente todos los enlaces covalentes, generando así los huecos.