Semiconductores de Silicio y Generalidades
Los semiconductores, materiales inorgánicos u orgánicos, juegan un papel crucial en la tecnología moderna. Estos materiales tienen una conductividad eléctrica intermedia entre un metal y un aislante. La característica distintiva de los semiconductores es su capacidad para modificar su conductividad bajo diferentes condiciones, como cambios en la estructura química, la temperatura, la iluminación y la presencia de dopantes.
Una propiedad clave de los semiconductores es su brecha de energía, que es menor a 4eV (aproximadamente 1eV). En física del estado sólido, esta brecha de banda es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde no se permiten estados de electrones. A diferencia de los conductores, los electrones en los semiconductores necesitan energía, como la radiación ionizante, para cruzar esta brecha y alcanzar la banda de conducción.
Semiconductor de Silicio
El silicio (Si) es el material semiconductor más utilizado en la industria electrónica. Posee una brecha de banda de 1.1 electronvoltios (eV), valor óptimo para dispositivos electrónicos. Su abundancia y bajo costo, al ser el segundo elemento más abundante en la Tierra después del oxígeno, lo hacen ideal para la producción a gran escala de dispositivos electrónicos. Además, el silicio se caracteriza por su alta estabilidad y fiabilidad, resistiendo impurezas y defectos. Estas propiedades permiten un rendimiento constante en una amplia gama de condiciones operativas.
El silicio también tiene excelentes propiedades mecánicas, como alta resistencia y dureza, útiles en sistemas microelectromecánicos (MEMS). Se procesa fácilmente en películas delgadas e integra bien con otros materiales, siendo esencial en microelectrónica y circuitos integrados. Sin embargo, su movilidad de electrones es relativamente baja en comparación con otros materiales semiconductores, lo que limita su rendimiento en dispositivos electrónicos de alta frecuencia y alta potencia. A pesar de esto, el silicio sigue siendo el pilar de la industria de semiconductores.
Tipos de Semiconductores
Los semiconductores se clasifican en dos tipos básicos según sus propiedades electrónicas:
- Semiconductores Intrínsecos: Estos son semiconductores puros de un solo elemento (como Silicio o Germanio) sin dopaje intencional. Conducen electricidad cuando se calientan, permitiendo que algunos electrones se liberen y se conviertan en electrones libres en la banda de conducción.
- Semiconductores Extrínsecos: Son semiconductores dopados intencionalmente para cambiar sus propiedades electrónicas, clasificándose en:
- p-tipo: Donde se introducen átomos impuros como el boro, creando «huecos» en la banda de valencia que actúan como portadores de carga positiva.
- n-tipo: Aquí se introducen átomos como el fósforo, creando electrones excesivos en la banda de conducción que actúan como portadores de carga negativa.
Tabla de Semiconductores
A continuación, se presenta una tabla con tres semiconductores intrínsecos y dos tipos de semiconductores p y n, junto con cuatro propiedades clave:
| Semiconductor | Tipo | Brecha de Banda (eV) | Movilidad Electrónica (cm²/Vs) | Movilidad de Huecos (cm²/Vs) | Conductividad Térmica (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicio (Si) | Intrínseco | 1.1 | 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 | 1.1 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silicio dopado con Fósforo (n-Si) | n-tipo | 1.1 | 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 |
En resumen, los semiconductores, y en particular el silicio, son fundamentales en la electrónica moderna. Su capacidad para alterar la conductividad bajo diversas condiciones los hace indispensables en un sinfín de aplicaciones tecnológicas.
