Semiconductores

La química de los semiconductores

Los elementos de la tabla periódica y especialmente los metales cuentan con una gran cantidad de electrones de enlace débil los cuales se identifican con su banda de conducción. Debido a la facilidad con la que puede circular corriente por los metales, se les considera conductores. Por otra parte, hay materiales que tienen átomos con electrones de valencia fuertemente enlazados y al aplicar un campo o corriente eléctrica los electrones no se mueven fácilmente, estos materiales se llaman aislantes y por lo tanto no conducen grandes corrientes eléctricas.

¿Qué son los semiconductores?

Como mencionamos anteriormente, existen materiales conductores y aislantes, aunque también podemos encontrar materiales semiconductores que tienen propiedades intermedias para conducir o no la corriente eléctrica y los encontramos en los elementos del grupo IV de la tabla periódica. Los semiconductores son elementos químicos que permiten el flujo de los electrones, pero con capacidad de conducción inferior a la de un conductor metálico y superior a la de un material aislante.

El semiconductor más utilizado es el silicio, en la práctica comúnmente para aprender de diodos semiconductores se emplean diodos de Silicio, otros materiales semiconductores empleados son el Germanio y el Selenio.

Se debe tener en cuenta que el Silicio y Germanio son semiconductores con características para portar corriente, esto dependen de la temperatura o la cantidad de luz que incide sobre ellos.

Comportamiento de los semiconductores

En un cristal semiconductor, un electrón de valencia puede saltar a la banda de conducción dejando un espacio vacío en la banda de valencia al cual se le denomina hueco. Permitiendo que un electrón de otro átomo cercano se pueda mover al hueco, dejando otro hueco y así sucesivamente creando una cadena con llenado y vacío de huecos, como resultado se obtiene una corriente que se puede considerar como el movimiento de huecos en una dirección o de electrones en la otra.

Semiconductores tipo P y N

Al añadir impurezas a los semiconductores provocamos que estos tengan una mejor conductividad eléctrica. Este proceso se conoce como dopado, se puede realizar de dos formas:

• Impurezas pentavalentes: Son elementos que podemos encontrar en la tabla periódica cuyos átomos cuentan con cinco electrones de valencia en su orbital exterior. Entre estos elementos podemos encontrar el Fósforo, Antimonio y Arsénico.
• Impurezas trivalentes: Son elementos cuyos átomos tienen tres electrones de valencia en su orbital exterior. Podemos encontrar entre ellos el Boro, Galio e Indio.

Cuando un elemento entra a la red cristalina del Silicio que tiene cinco electrones se completan los cuatro electrones de valencia que se precisan para llegar al equilibrio y por lo tanto quedaría un quinto electrón que permite al elemento ser mucho mejor conductor. Un semiconductor dopado con impurezas pentavalentes se dice que es de tipo N.

Si en la red cristalina de Silicio se introduce una impureza trivalente se forman tres enlaces covalentes con tres átomos de Silicio vecinos, quedando un cuarto átomo de Silicio con un electrón sin enlazar, provocando así un hueco en la red cristalina. Un semiconductor dopado con impurezas trivalentes se dice que es de tipo P.

Unión PN

Al introducir una impureza tipo P por un lado e impureza tipo N por otro lado en un material semiconductor se obtiene una unión PN. En la región N se crean iones positivos y en la región P se crean iones negativos. Está distribución de cargas en la unión establece una barrera de potencial que repele los huecos de la región P y los electrones de la región N alejándolos entre sí.

Para el caso de Unión PN existen dos formas de polarización:

• Unión PN polarizada en directo.
• Unión PN polarizada en inverso.