Los semiconductores son sustancias cuyas conductividades eléctricas se encuentran entre las de buenos conductores y aislantes. Los semiconductores, sin ninguna impureza, se denominan semiconductores intrínsecos. El germanio y el silicio son los semiconductores intrínsecos más utilizados. Tanto el Ge (número atómico 32) como el silicio (número atómico 14) pertenecen al cuarto grupo de la tabla periódica y son tetravalentes.
¿Cuáles son las características de los semiconductores?
A temperaturas cercanas al cero absoluto, el Ge y el Si puros se comportan como aislantes perfectos. Pero sus conductividades aumentan con el aumento de temperatura. Para Ge, la energía de enlace de un electrón en el enlace covalente es de 0,7 eV. Si esta energía se suministra en forma de calor, algunos de los enlaces se rompen y los electrones se liberan.
A temperaturas ordinarias, algunos de los electrones se liberan de los átomos del cristal de Ge o Si y deambulan por el cristal. La ausencia de un electrón en un lugar previamente ocupado implica una carga positiva en ese lugar. Se dice que se crea un "agujero" en el lugar donde se libera el electrón. Un hueco (vacío) es equivalente a carga positiva y tiene tendencia a aceptar un electrón.
Cuando un electrón salta a un agujero, se produce un nuevo agujero en el lugar donde estaba el electrón anteriormente. El movimiento de los electrones en una dirección es equivalente al movimiento de los agujeros en la dirección opuesta. Así, en los semiconductores intrínsecos, los huecos y los electrones se producen simultáneamente, y ambos actúan como portadores de carga.
Los tipos de semiconductores y sus usos
Hay dos tipos de semiconductores extrínsecos: tipo ny tipo p.
semiconductor tipo n: Elementos como el arsénico (As), el antimonio (Sb) y el fósforo (P) son pentavalentes, mientras que el Ge y el Si son tetravalentes. Si se agrega una pequeña cantidad de antimonio al cristal de Ge o Si, como una impureza, de sus cinco electrones valentes, cuatro formarán enlaces covalentes con los átomos de Ge vecinos. Pero el quinto electrón del antimonio queda casi libre para moverse en el cristal.
Si se aplica un voltaje potencial al Ge-cristal dopado, los electrones libres en el Ge dopado se moverán hacia el terminal positivo y la conductividad aumentará. Dado que los electrones libres cargados negativamente aumentan la conductividad del cristal de Ge dopado, se le llama semiconductor de tipo n.
semiconductor tipo p: Si una impureza trivalente como indio, aluminio o boro (que tiene tres electrones de valencia) se agrega en un En una proporción muy pequeña a Ge o Si tetravalente, entonces se forman tres enlaces covalentes con tres átomos de Ge. Pero el cuarto electrón de valencia de Ge no puede formar un enlace covalente con el indio porque no queda ningún electrón para emparejar.
La ausencia o deficiencia de un electrón se llama agujero. Cada agujero se considera una región de carga positiva en ese punto. Como la conductividad del Ge dopado con indio se debe a los agujeros, se le llama semiconductor tipo p.
Por lo tanto, el tipo ny el tipo p son los dos tipos de semiconductores, y sus usos se explican a continuación: Un tipo p El semiconductor y un semiconductor de tipo n están unidos, y la interfaz común se llama unión p-n. diodo.
Un diodo de unión p-n se utiliza como rectificador en circuitos electrónicos. Un transistor es un dispositivo semiconductor de tres terminales, que se fabrica intercalando una delgada rebanada de material tipo n entre dos piezas más grandes de material tipo p, o una rebanada delgada de semiconductor tipo p entre dos piezas más grandes de tipo n semiconductor. Por tanto, hay dos tipos de transistores: p-n-p y n-p-n. Un transistor se utiliza como amplificador en circuitos electrónicos.
¿Cuáles son las ventajas de los semiconductores?
Una comparación entre un diodo semiconductor y un vacío daría una visión más vívida de las ventajas de los semiconductores.
- A diferencia de los diodos de vacío, no hay filamentos en los dispositivos semiconductores. Por lo tanto, no se requiere calentamiento para emitir electrones en un semiconductor.
- Los dispositivos semiconductores se pueden operar inmediatamente después de encender el dispositivo de circuito.
- A diferencia de los diodos de vacío, los semiconductores no producen ningún zumbido en el momento de la operación.
- En comparación con los tubos de vacío, los dispositivos semiconductores siempre necesitan un voltaje de funcionamiento bajo.
- Debido a que los semiconductores son de tamaño pequeño, los circuitos que los involucran también son muy compactos.
- A diferencia de los tubos de vacío, los semiconductores son a prueba de golpes. Además, son de menor tamaño, ocupan menos espacio y consumen menos energía.
- En comparación con los tubos de vacío, los semiconductores son extremadamente sensibles a la temperatura y la radiación.
- Los semiconductores son más baratos que los diodos de vacío y tienen una vida útil ilimitada.
- Los dispositivos semiconductores no necesitan vacío para su funcionamiento.
En resumen, las ventajas de los dispositivos semiconductores superan con creces las de los tubos de vacío. Con la llegada del material semiconductor, fue posible desarrollar pequeños dispositivos electrónicos que eran más sofisticados, duraderos y compatibles.
¿Cuáles son las aplicaciones de los dispositivos semiconductores?
El dispositivo semiconductor más común es el transistor, que se utiliza para fabricar puertas lógicas y circuitos digitales. Las aplicaciones de los dispositivos semiconductores también se extienden a los circuitos analógicos, que se utilizan en osciladores y amplificadores.
Los dispositivos semiconductores también se utilizan en circuitos integrados, que operan a un voltaje y corriente muy altos. Las aplicaciones de los dispositivos semiconductores también se ven en la vida diaria. Por ejemplo, los chips de computadora de alta velocidad están hechos de semiconductores. Los teléfonos, los equipos médicos y la robótica también utilizan materiales semiconductores.