La Unión P-N: Unión Polarizada Inversa en Semiconductores
Los semiconductores, materiales inorgánicos u orgánicos, juegan un papel crucial en la tecnología moderna debido a su capacidad para controlar la conducción eléctrica. Esta conducción depende de la estructura química, la temperatura, la iluminación y la presencia de dopantes. Estos materiales tienen una conductividad eléctrica intermedia entre un metal, como el cobre o el oro, y un aislante, como el vidrio. La característica distintiva de los semiconductores es su brecha energética, menor a 4eV (aproximadamente 1eV), que es el rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde los estados electrónicos están prohibidos.
Semiconductores Intrínsecos y Extrínsecos
Los semiconductores extrínsecos se crean mediante la introducción intencionada de impurezas para modificar sus propiedades electrónicas. Se clasifican en dos tipos:
- Semiconductores tipo P: Se dopan con átomos como el boro, que tienen menos electrones de valencia que el material semiconductor. Esto crea «huecos» (ausencia de electrones) en la banda de valencia, que pueden conducir corriente como portadores de carga positiva.
- Semiconductores tipo N: Se dopan con átomos como el fósforo, que tienen más electrones de valencia que el material semiconductor, generando exceso de electrones en la banda de conducción que pueden conducir corriente como portadores de carga negativa.
La Unión P-N en Polarización Inversa
La unión P-N en semiconductores es crucial para su funcionamiento como detectores de radiación. Al aplicar un voltaje externo en la dirección de polarización inversa a la unión, se mejora significativamente su eficacia. Esta técnica de polarización inversa aumenta el espesor de la región de agotamiento, mejorando la detección de radiación.
Los detectores de germanio tienen una estructura p-i-n, donde la región intrínseca (i) es sensible a la radiación ionizante, especialmente a rayos X y gamma. Bajo polarización inversa, un campo eléctrico se extiende a través de la región intrínseca o agotada. En este caso, se aplica un voltaje negativo al lado p y positivo al lado n. Los huecos en la región p se alejan de la unión hacia el contacto p, y de manera similar para los electrones y el contacto n. La carga generada por el fotón incidente se convierte en un pulso de voltaje por un preamplificador sensible a la carga integrado, proporcional a la energía depositada en el detector.
Aplicaciones y Avances en los Detectores de Semiconductores
La aplicación de la unión P-N en semiconductores ha revolucionado la detección y medición de radiación ionizante. Estos avances son fundamentales en campos como la física de partículas, la medicina nuclear y la astrofísica. La continua investigación y desarrollo en esta área prometen futuras innovaciones y aplicaciones aún más eficientes y precisas en la tecnología de semiconductores.
Para más información, consulte fuentes como «Germanium Detectors» de MIRION Technologies.
