Características de los Semiconductores
Los semiconductores, materiales inorgánicos u orgánicos, juegan un papel crucial en el control de la conducción eléctrica. Su conductividad varía en función 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. Su particularidad reside en su brecha energética, que es menor a 4eV (aproximadamente 1eV).
En la física del estado sólido, esta brecha o «band gap» es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde no se permiten estados electrónicos. A diferencia de los conductores, los electrones en semiconductores necesitan energía (por ejemplo, de la radiación ionizante) para cruzar la brecha de banda y alcanzar la banda de conducción. Las propiedades de los semiconductores se determinan por la brecha energética entre las bandas de valencia y conducción.
Características Principales de los Semiconductores
- Conductividad Variable: Los semiconductores pueden conducir electricidad bajo ciertas condiciones, como la exposición a la luz o al calor, y actuar como aislantes bajo otras condiciones.
- Bandgap: Tienen un bandgap, la energía necesaria para mover un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. El tamaño del bandgap determina la energía requerida para que el semiconductor se convierta en conductor.
- Dopaje: Se pueden dopar con impurezas para modificar sus propiedades eléctricas. El dopaje introduce electrones adicionales o «huecos» en el material, lo que puede aumentar o disminuir su conductividad.
- Dependencia de la Temperatura: La conductividad eléctrica de los semiconductores es altamente dependiente de la temperatura. Al aumentar la temperatura, generalmente aumenta la conductividad del material.
- Sensibilidad a la Luz: Algunos semiconductores son sensibles a la luz y se utilizan en aplicaciones como células fotovoltaicas, sensores de luz y LED.
- Portadores Minoritarios: En los semiconductores, los electrones y los huecos se conocen como portadores minoritarios. Estos portadores pueden ser manipulados y controlados para producir propiedades eléctricas deseadas en el material.
Tabla de Semiconductores Intrínsecos y Extrínsecos
Semiconductor | Tipo | Band Gap (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 | 4500 | 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 |
Tipos de Semiconductores
Los semiconductores se pueden clasificar en dos tipos básicos según sus propiedades electrónicas:
- Semiconductores Intrínsecos: Estos son semiconductores puros compuestos de un solo elemento (por ejemplo, Silicio, Germanio) y no tienen dopaje intencional con impurezas. Los semiconductores intrínsecos tienen un número específico de electrones en sus bandas de valencia y conducción. Conducen electricidad cuando se calientan, y algunos electrones ganan suficiente energía para liberarse de sus enlaces y convertirse en electrones libres en la banda de conducción.
- Semiconductores Extrínsecos: Estos son semiconductores impuros que se dopan intencionalmente con impurezas para cambiar sus propiedades electrónicas. Los semiconductores extrínsecos se pueden clasificar aún más en dos tipos:
- p-tipo: En los semiconductores p-tipo, se introducen átomos de impureza como el boro en el material semiconductor. Estas impurezas tienen menos electrones de valencia que el material semiconductor, lo que resulta en la creación de «huecos» (ausencia de electrones) en la banda de valencia. Estos huecos pueden conducir corriente como portadores de carga positiva, lo que da al material su designación de tipo p.
- n-tipo: En los semiconductores n-tipo, se introducen átomos de impureza como el fósforo en el material semiconductor. Estas impurezas tienen más electrones de valencia que el material semiconductor, lo que crea electrones excedentes en la banda de conducción. Estos electrones excedentes pueden conducir corriente como portadores de carga negativa, lo que da al material su designación de tipo n.