La Revolución de los Semiconductores: Introducción Completa

La reciente evolución en electrónica se debe a un material especial que ha permitido innumerables logros. Hoy presentamos estos materiales preciados: los semiconductores. Hace ~20 años, la industria usaba tubos de vacío de diversas formas y tamaños. Eran útiles para su época, pero los semiconductores cambiaron todo: ligeros, pequeños, construcción simple, fiables, eficaces, bajo coste, baja generación de calor.

Teoría del Semiconductor

Un material semiconductor tiene propiedades eléctricas entre aislantes y buenos conductores (ej.: germanio, silicio). En otras palabras: material que opone resistividad de 10² Ω·cm. El silicio es el más usado en industria; también existen carbono, germanio, arseniuro de galio. Según bandas de energía a temperatura ambiente: banda de conducción vacía, banda de valencia parcialmente llena. Entre ellas, pequeña brecha energética (~1 eV). La resistencia disminuye al subir temperatura (estrecha la brecha). Por eso los semiconductores tienen coeficiente de temperatura negativo.

Términos Importantes en Semiconductores

Electrones de Valencia

Electrones que orbitan en la última capa/cáscara. Átomo estable cuando capa de valencia completa (máx. 8 electrones). Completa → ningún electrón entra/sale. Silicio y germanio: 4 electrones de valencia. Silicio descubierto 1823; germanio 1886.

Capas de Energía (Capas Electrónicas)

Trayectorias alrededor del núcleo donde orbitan electrones. Electrón más lejos = mayor energía. Los cercanos al núcleo están fuertemente ligados. Átomo gana energía → electrón salta a capa superior (alejándose). Pierde energía → vuelve a capa original. Átomo eléctricamente neutro: mismo nº electrones y protones.

Enlaces Covalentes / Enlace Atómico

Átomo silicio: 2e⁻ (1ª capa), 8e⁻ (2ª), 4e⁻ (3ª/valencia). Válido para átomo aislado. Al combinarse varios átomos → estructura cristalina automática (red cristalina). Ocurre por enlace covalente: dos o más átomos comparten electrones de valencia. Átomo estable eléctricamente, inestable químicamente → comparten electrones para estabilizarse.

Electrones Libres y Huecos (Holes)

Al subir temperatura desde cero absoluto, energía térmica produce vibraciones en cristal Si/Ge. A menudo, electrones excitados escapan de capa de valencia → electrón libre (sin influencia del núcleo). Deja vacante que actúa como carga positiva → hueco (hole). Ocurre en cada átomo → gran número de electrones libres y huecos.