características de un semiconductor

Descubre las principales características de los semiconductores

Un material aislante puede transformarse en conductor al ser complementado con ciertos elementos o bajo ciertas condiciones, convirtiéndose así en un semiconductor. Esta propiedad permite que el semiconductor pueda funcionar tanto como aislante o como conductor, dependiendo de ciertos factores.

Qué son los semiconductores

Los materiales semiconductores son aquellos capaces de regular el paso de la corriente eléctrica, dependiendo de factores externos como la temperatura ambiental o el campo magnético al que estén sometidos.

En su mayoría, los semiconductores están compuestos por silicio (Si) y germanio (Ge), elementos naturales abundantes. Sin embargo, también se pueden obtener a partir de otros elementos como azufre (S), boro (B) o cadmio (Cd).

Una de las particularidades más interesantes de estos materiales es que sus propiedades eléctricas se pueden ajustar mediante un proceso llamado dopado, que descubriremos a continuación, o bien mediante el uso de campos eléctricos o luz.

Tipos de semiconductores

Los materiales naturales se pueden utilizar directamente en los dispositivos ya que están compuestos por un único tipo de átomos que impiden el movimiento libre de los electrones alrededor de la molécula.

Sin embargo, para poder emplearlos en dispositivos, es necesario someterlos a un proceso de dopado, que consiste en añadir una pequeña cantidad de átomos de otros elementos, como el antimonio, arsénico o fósforo, transformándolos en semiconductores extrínsecos a partir de su forma intrínseca.

El impacto de la escasez de semiconductores en la actualidad Qué debemos saber

La crisis de los semiconductores ha sido provocada por la escasez de microchips y circuitos electrónicos, aunque su origen es más complejo. Desde finales de 2020, en medio de la pandemia y el confinamiento, la demanda de dispositivos electrónicos se ha disparado.

Nos encontramos en un momento en el que tanto la industria como los consumidores demandan un alto volumen de electrónica, pero actualmente no se está produciendo al ritmo necesario para satisfacer el mercado. Esta situación ha generado una crisis de escasez de semiconductores a nivel mundial. Para hacer frente a esto, multinacionales de Estados Unidos y Asia, principales mercados de la electrónica, están abriendo nuevas fábricas con el objetivo de reestablecer el equilibrio entre la oferta y la demanda, aunque este proceso llevará tiempo.

Demostraciones de materiales semiconductores y sus utilidades

Una de las principales funciones de los diodos es convertir la corriente alterna en corriente continua, lo que los hace ideales para la producción de paneles fotovoltaicos que transforman la energía solar en electricidad. Los semiconductores también son ampliamente utilizados en la fabricación de transistores y amplificadores de corriente, componentes esenciales para la creación de los dispositivos electrónicos que utilizamos a diario. Por ejemplo, están presentes en paneles LED, luces y en miles de circuitos electrónicos de dispositivos como microprocesadores y microchips, que son fundamentales en ordenadores y teléfonos inteligentes.

Los circuitos electrónicos se construyen sobre láminas de material semiconductor y su presencia es imprescindible en la fabricación de cualquier tipo de aparato electrónico. Asimismo, su uso en la industria es cada vez más frecuente, ya que permiten la producción de dispositivos más pequeños y potentes con un mayor rendimiento. Además, su versatilidad les permite adaptarse a una amplia gama de aplicaciones y sectores, convirtiéndolos en uno de los componentes clave en el mundo de la tecnología.

Ejemplos de semiconductores

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Características de los Semiconductores

Las innumerables ventajas de los semiconductores los convierten en una opción esencial en la fabricación de dispositivos electrónicos. Con una doble funcionalidad, una gran variedad de aplicaciones y una eficiencia energética notable, su bajo costo los hace aún más atractivos. Estas características sobresalientes incluyen:

- El uso generalizado de los semiconductores como materia prima en la creación de componentes electrónicos cotidianos, como los circuitos integrados.

- Los circuitos integrados contienen transistores como elemento clave, los cuales pueden generar una salida amplificada, oscilatoria o rectificada según la señal de entrada correspondiente.

- Los semiconductores también son el material principal de los diodos empleados en circuitos electrónicos, permitiendo el paso de la corriente eléctrica en una sola dirección.

Características de un semiconductor

En la década de los años 20, se considera que se inició el uso y la difusión del lenguaje oral. Los llamados radiorreceptores, también conocidos como "de galeno", fueron los primeros dispositivos en los que se empleó el uso de este lenguaje. Se trataba de detectores diodos de pequeño tamaño.

Más tarde, en los años 40 y concretamente en 1947, investigadores de los Laboratorios Bell llevaron a cabo un importante avance en el mundo de la electrónica: el desarrollo del primer semiconductor de germanio. A este dispositivo se le denominó transistor y se convirtió en un elemento esencial desde ese momento.

Para aumentar la conductividad de un semiconductor, se pueden tomar diversas medidas. Una de ellas consiste en incrementar su iluminación, otra es elevar su temperatura de manera significativa. Además, existe otra técnica llamada dopaje, que consiste en introducir impurezas en la estructura cristalina del material semiconductor. Esta técnica se utiliza para mejorar la conductividad del elemento.

Propiedadeseditar

Los semiconductores en su estado natural no cumplen la función de conductores adecuadamente debido a que los electrones no pueden fluir libremente, ya que sus bandas de valencia se encuentran completamente ocupadas. Sin embargo, mediante diversas técnicas, es posible modificar su comportamiento para que actúen como conductores, siendo dos de las más utilizadas el dopaje y el gating. Estos métodos generan dos resultados diferentes: el tipo n y el tipo p, los cuales se refieren a la cantidad de electrones presentes en el material, ya sea en exceso o escasez respectivamente. En presencia de un número desbalanceado de electrones, se puede crear una corriente eléctrica a través del material.

Otra técnica comúnmente utilizada para mejorar las propiedades de los materiales semiconductores es la creación de heterouniones, las cuales se producen al unir dos semiconductores con distinto tipo de dopaje. Por ejemplo, se puede formar una heterounión uniendo un material dopado con p y uno dopado con n. Esta unión permite el intercambio de electrones y huecos entre los dos materiales, ya que el exceso de electrones en uno se equilibra con el exceso de huecos en el otro. Este proceso se conoce como recombinación, la cual permite alcanzar un estado de equilibrio entre los dos semiconductores.

La alteración del equilibrio térmico de un material semiconductor mediante la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico puede generar una situación de no equilibrio en el sistema. Esto provoca la introducción de huecos y electrones en el material, los cuales interactúan a través de la difusión ambipolar. Cualquier cambio en el equilibrio térmico de un semiconductor resulta en una variación en la cantidad de electrones y huecos presentes en él, lo cual puede ser causado por diferencias de temperatura o por la presencia de fotones que ingresen al sistema y generen electrones y huecos. A este proceso se le conoce como generación y recombinación respectivamente.

Tipos de semiconductoreseditar

En el año 1727, se realizó un importante descubrimiento a cargo de Stephen Gray. Él fue el primero en diferenciar entre conductores y aislantes. Más adelante, en 1821, Georg Simon Ohm publicó las leyes que llevan su nombre. Estas leyes describen la relación proporcional entre la corriente y el voltaje en un conductor. Además, gracias a ellas, es posible determinar la conductividad eléctrica de cualquier objeto.

Los cristales de silicio o germanio tienen una estructura similar a la del carbono, formando una red tetraédrica a través de enlaces covalentes entre sus átomos. En la figura que se presenta a continuación, se representan de manera simplificada en un plano.

Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden absorber la energía suficiente para saltar a la banda de conducción. Como resultado, se deja un hueco correspondiente en la banda de valencia. Se ha determinado que las energías requeridas a temperatura ambiente son de 1,12 eV para el silicio y 0,67 eV para el germanio.

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