Introducción al material semiconductor revolucionario

La evolución reciente en el campo de la electrónica se debe principalmente a un tipo especial de material a través del cual se han logrado muchos logros. Hoy les daremos un breve resumen sobre esos preciosos materiales llamados Semiconductores. Casi 20 años antes teníamos un tipo diferente de tubos de vacío que estaban disponibles en diferentes formas y tamaños en las industrias electrónicas. Los tubos de vacío eran buenos para ese momento, pero la introducción de los semiconductores cambió la escena por completo. Los semiconductores son livianos, de tamaño pequeño, de construcción simple, confiables, efectivos, de bajo costo y producen poco calor.

Teoría de semiconductores:

                                           Un material semiconductor es aquel cuyas propiedades eléctricas se encuentran entre las de los aislantes y las de los buenos conductores, p. germanio y silicio, etc. En otras palabras, el material que se opone a la corriente con 102 ohm × cm se llama semiconductor. El material de silicio se usa más en las industrias, pero también hay disponibles arseniuro de carbono, germanio y galio. Según las bases de las bandas de energía a temperatura ambiente, estos materiales poseen una banda de conducción vacía y una banda de valencia parcialmente llena. Entre estas bandas, hay una pequeña brecha de energía (igual a 1ev). La resistencia de estos materiales disminuye con el aumento de la temperatura porque aprieta la brecha de energía. Esta es la razón por la cual el material semiconductor se conoce como coeficiente de temperatura negativo.

• Algunos términos importantes utilizados al estudiar semiconductores.

• Electrones de valencia

Los electrones que giran alrededor del núcleo en la última órbita/capa se denominan electrones de valencia. El átomo se ha vuelto estable cuando los electrones de valencia se completan en su última capa, solo se pueden acomodar 8 electrones en la capa de valencia. Una vez que se completa, ni un solo electrón puede emitir o entrar en la capa de valencia. Hay 4 electrones en la capa de valencia de silicio y germanio. El silicio se descubre en 1823 mientras que el germanio se descubre en 1886.

• Conchas de energía

Esos caminos alrededor del núcleo de un átomo en el que giran los electrones se denominan capas de energía. El electrón que está a una distancia del núcleo tendrá una energía alta en comparación con el electrón que está en una capa cercana al núcleo. Estos electrones están fuertemente conectados en fuerza con el núcleo que está cerca del núcleo. Cuando el átomo gana energía, salta a la capa superior lejos del núcleo, pero cuando el átomo pierde energía, regresa a su capa original. Eléctricamente, un átomo es neutro debido a la misma cantidad de electrones y protones presentes en un átomo.

• Enlaces covalentes o enlace atómico

Como sabemos que un átomo de silicio contiene 2 electrones en su primera capa, 8 electrones en la segunda y 4 en la valencia o tercera capa. Esto es cierto para un solo átomo, pero cuando se combinan pocos átomos, forman un arreglo automático sólido llamado estructura cristalina. Este arreglo ocurre debido al enlace covalente. Un enlace covalente es ese tipo de enlace en el que dos o más átomos comparten electrones de la capa de valencia entre sí. Como sabemos que un átomo es eléctricamente estable pero químicamente inestable. Ambos átomos deben ser estables para compartir sus electrones.

• Electrones libres y huecos

Cuando la temperatura ambiente aumenta desde el valor cero absoluto, se produce energía térmica que, como resultado, produce vibraciones en el cristal de silicio/germanio. A menudo, como resultado de la energía térmica, los electrones excitados emiten desde su capa de valencia. Esta elección ahora se llama electrón libre porque no está bajo el efecto de un núcleo. El electrón emitido deja una vacante que actúa como carga positiva. Este proceso ocurre en cada átomo que, en conjunto, da una gran cantidad de electrones y huecos libres.