Introducción a los Semiconductores
Los semiconductores, materiales inorgánicos u orgánicos, juegan un papel crucial en la tecnología moderna, controlando su conductividad en función de su estructura química, temperatura, iluminación y presencia de dopantes. Su conductividad eléctrica se sitúa entre los metales, como el cobre o el oro, y los aislantes, como el vidrio. Esto se debe a su brecha energética de menos de 4eV (aproximadamente 1eV). En física del estado sólido, esta brecha o banda prohibida es un rango energético entre la banda de valencia y la banda de conducción donde los estados de electrones están prohibidos.
Gallium Arsenide (GaAs)
El arseniuro de galio (GaAs) es un material semiconductor utilizado en diversas aplicaciones electrónicas. Presenta ventajas sobre el silicio, incluyendo mayor movilidad de electrones, frecuencias operativas más altas y mejor resistencia al daño por radiación. Su estructura cristalina es similar a la del silicio, pero con enlaces atómicos más fuertes, lo que le confiere mayor durabilidad. El GaAs es también un material de banda prohibida directa, eficiente en convertir energía eléctrica en luminosa, ideal para dispositivos optoelectrónicos como LEDs y diodos láser. Se utiliza en dispositivos electrónicos de alta velocidad, como transistores de microondas y circuitos integrados de alta frecuencia, debido a su alta movilidad de electrones. Además, es empleado en células solares y otros dispositivos fotovoltaicos por su alto coeficiente de absorción. Su alta dureza ante la radiación lo hace ideal para el uso en el espacio y ambientes de alta radiación. Sin embargo, su mayor costo en comparación con el silicio limita su uso en aplicaciones de electrónica de consumo.
Tipos de Semiconductores
Los semiconductores se clasifican en dos tipos básicos según sus propiedades electrónicas:
- Semiconductores Intrínsecos: Son semiconductores puros, compuestos por un solo elemento (como el Silicio o el Germanio), sin dopaje intencional. Conducen electricidad al calentarse, permitiendo que algunos electrones ganen suficiente energía para liberarse y convertirse en electrones libres en la banda de conducción.
- Semiconductores Extrínsecos: Son semiconductores impuros, dopados intencionalmente para modificar sus propiedades electrónicas. Se subdividen en:
- p-tipo: Aquí, se introducen átomos de impurezas como el boro, con menos electrones de valencia que el material semiconductor, creando «huecos» en la banda de valencia que actúan como portadores de carga positiva.
- n-tipo: Se añaden átomos de impurezas como el fósforo, con más electrones de valencia, generando exceso de electrones en la banda de conducción que actúan como portadores de carga negativa.
Tabla de Semiconductores
| Semiconductor | Tipo | Banda Prohibida (eV) | Movilidad Electrónica (cm²/Vs) | Movilidad de Huecos (cm²/Vs) | Conductividad Térmica (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicio (Si) | Intrínseco | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germanio (Ge) | Intrínseco | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Arseniuro de Galio (GaAs) | Intrínseco | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Silicio dopado con Boro (p-Si) | p-tipo | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silicio dopado con Fósforo (n-Si) | n-tipo | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Arseniuro de Galio dopado con Aluminio (p-GaAs) | p-tipo | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arseniuro de Galio dopado con Silicio (n-GaAs) | n-tipo | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
Conclusión
Los semiconductores como el GaAs continúan siendo materiales clave en muchas aplicaciones especializadas, ofreciendo propiedades únicas que los hacen indispensables en la electrónica moderna, a pesar de sus mayores costos en comparación con materiales como el silicio.
