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Introducción
La mayor parte de los dispositivos electrónicos modernos están fabricados a partir de semiconductores. Para comprender el funcionamiento de estos dispositivos cuando se insertan en un circuito eléctrico, es necesario conocer el comportamiento de los componentes desde un punto de vista físico. Por ello, en este tema se presentan las propiedades y características fundamentales de este tipo de materiales. Si los conductores son materiales que disponen de electrones libres y los aislantes carecen de ellos, los semiconductores se encuentran en una situación intermedia: a la temperatura de 0 K se comportan como aislantes, pero mediante una aportación de energía puede modificarse esta situación, adquiriendo un comportamiento más cercano al de los conductores. Los semiconductores son materiales cuya conductividad varía con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o como aislantes. Resulta que se desean variaciones de la conductividad no con la temperatura sino controlables eléctricamente por el hombre. Para conseguir esto, se introducen átomos de otros elementos en el semiconductor. Estos átomos se llaman impurezas y tras su introducción, el material semiconductor presenta una conductividad controlable eléctricamente.
Teoría de semiconductores En un átomo, un electrón puede pasar de la capa de valencia a un primer nivel de excitación por efecto de la temperatura Niveles de excitación en un átomo Pero si se tienen varios átomos, ocurre que los electrones que están en las capas de valencia van a pasar a los primeros niveles de excitación por efecto de la temperatura; es decir, se van a ubicar electrones libres en esos primeros niveles de excitación. Esto se puede observar Niveles de excitación en varios átomos. Ahora, teniendo en cuenta que si son millones los átomos que interactúan, entonces se va a formar una densa capa de electrones en la capa de valencia y en los primeros niveles de excitación. En vez de referirnos a una capa densa de electrones, es posible hablar de una banda. Este fenómeno se representa cuantitativamente
Entonces, de acuerdo con la cantidad de energía necesaria para que un electrón pase de la banda de valencia a la banda de conducción , los materiales se clasifican en aisladores, semiconductores y conductores, así como se puede observar Clasificación de los materiales. Características del germanio y silicio El germanio (Ge) y el silicio (Si) son los elementos por excelencia utilizados como semiconductores, pertenecen al grupo IV de la tabla periódica y, por lo tanto, tienen cuatro electrones en la capa de valencia. Como solo nos interesan los electrones de valencia, entonces vamos a representar un átomo de Ge o de Si
El Ge y el Si se encuentran en estado puro en la naturaleza formando enlaces covalentes y compartiendo sus cuatro electrones de valencia para formar la ley octeto (ocho electrones en la última órbita). Al efectuar estos enlaces covalentes, los átomos adquieren una estructura cristalina de forma geométrica parecida a cubos de hielo. Esta estructura la podemos dibujar en forma plana, como se puede observar Se observa que cada átomo de Ge queda con ocho electrones en la última órbita y su estructura es cristalina. En estas condiciones, el sistema es estable, es decir que es eléctricamente neutro.
Hay que tener en cuenta que por efecto de la temperatura se rompen enlaces y se produce un electrón libre y un hueco. Entonces, la manera completa de representar un material tipo N es como se muestra Los signos positivos (+) indican los huecos generados térmicamente y los signos negativos (-) indican los electrones aportados por las impurezas. A los electrones se les llama portadores mayoritarios porque son la mayoría y a los huecos se les llama portadores minoritarios porque son la minoría. Cabe destacar que el material en su conjunto sigue siendo eléctricamente neutro.
Material tipo P Si ahora al Ge base se le agrega una impureza del grupo III (aluminio tres electrones en la última órbita), sucede que esta impureza se enlaza con los átomos vecinos. Los tres electrones de la impureza comparten enlaces con los átomos vecinos, y queda un hueco en espera de que llegue un electrón para completar la ley del octeto, como se muestra. A esta impureza se le llama aceptadora porque acepta un electrón. El material en su conjunto es eléctricamente neutro. El material tipo P se puede representar Los signos positivos (+) indican los huecos aportados por la impureza para recibir electrones. Debido al efecto de la temperatura, se produce rompimiento de enlaces (electrones libres), entonces el material tipo P
