SEMICONDUCTOR, UNA EXPLICACIÓN SENCILLA

 

 Un semiconductor es un elemento como su nombre lo dice, es un material no es conductor de electricidad pero que tampoco es aislante, solo se comporta en termino medio entre los materiales conductores y los aislantes. 

 Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta. 

Elemento            Grupo     Electrones de la última capa
Cd                           12                             2
Al, Ga, B, In           13                             3
Si, C, Ge                  14                            4
P, As, Sb                 15                             5
Se, Te, (S)               16                            6

El elemento semiconductor más usado es el silicio,​ seguido del germanio, aunque presentan un idéntico comportamiento las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 16 y 15 respectivamente (galio-arsénico, fósforo-indio, arsénico-galio-aluminio, telurio-cadmio, selenio-cadmio y azufre-cadmio). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s2p2.

 Para entender mejor el tema de los semiconductores se tiene que saber la teoría de bandas en la conducción eléctrica.

esta teoría, se considera el enlace metálico como un caso extremo del enlace covalente, en el que los electrones de valencia son compartidos de forma conjunta y simultánea por todos los cationes. Desaparecen los orbitales atómicos y se forman orbitales moleculares con energías muy parecidas, tan próximas entre ellas que todos en conjunto ocupan lo que se llama franja y a esto se le denomina una “banda de energía”.

Aunque los electrones van llenando los orbitales moleculares en orden creciente de energía, estas son tan próximas que pueden ocupar cualquier posición dentro de la banda.

La banda ocupada por los orbitales moleculares con los electrones de valencia se llama banda de valencia, mientras que la banda formada por los orbitales moleculares vacíos se llama banda de conducción. A veces, ambas bandas se solapan energéticamente hablando.

 En los metales, sustancias conductoras, la banda de valencia se solapa energéticamente con la banda de conducción que está vacía, disponiendo de orbitales moleculares vacíos que pueden ocupar con un mínimo aporte de energía, es decir, que los electrones están casi libres pudiendo conducir la corriente eléctrica.

 En los semiconductores y en los aislantes, la banda de valencia no se solapa con la de conducción. Hay una zona intermedia llamada banda prohibida. 

 En los semiconductores, como el Silicio o el Germanio, la anchura de la banda prohibida no es tan grande y los electrones con suficiente energía cinética pueden pasar a la banda de conducción,es por esto que los semiconductores conducen la electricidad mejor en caliente. Sin embargo, en los aislantes, la banda prohibida es tan ancha que ningún electrón puede saltarla. La banda de conducción está siempre vacía.

En los conductores no existe banda prohibida.

 

 Para entender mejor lo que es un semiconductor diremos que los electrones en un sólido pueden ocupar niveles de energía agrupados en bandas, y que entre bandas disponibles hay brechas de energía. A la banda ocupada de mayor energía se le llama banda de valencia, y a la banda desocupada de menor energía es la banda de conducción. La energía de la brecha o energía del gap Eg es la diferencia entre el extremo inferior
de la banda de conducción y el extremo superior de la banda de valencia.
Diremos que un sólido es un semiconductor cuando Eg es menor a unos
cuantos electron-Volts (digamos, 4 eV). Para T = 0 los electrones ocupan
la banda de valencia, y la banda de conducción está totalmente desocupada.
A una temperatura T > 0 hay excitaciones térmicas de electrones de la
banda de la banda de valencia a la banda de conducción. Se puede hacer
una estimación de la ocupación de la banda de conducción por el factor de
Boltzmann exp(−Eg/kB T ).

La tecnología de semiconductores esta por todas partes sistemas de control, los lectores ópticos, las pantallas con luces y en general toda la electrónica del Sistema Colectivo de Transporte Metro, en el que estás en este momento, utilizan semiconductores. Desde las poderosas computadoras hasta las calculadoras de bolsillo, además de la mayoría de los aparatos domésticos, los equipos de medición de laboratorio, las asombrosas celdas solares, las fotocopiadoras y una larga serie de otras aplicaciones, tienen que ver
con los semiconductores.

La evolución tecnológica causada por los semiconductores empieza en diciembre de 1947 cuando John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, de los Laboratorios Bell centro de investigación de la compañía AT&T, nombrados así en honor de Alexander Graham Bell, inventor del teléfono y fundador de Bell Telephone Co., antecesora de AT&T—, construyeron el primer transistor hecho de un pedazo de germanio (elemento semiconductor) con varios contactos eléctricos sobrepuestos. El transistor mejoró enormemente el funcionamiento de los bulbos al vacío como instrumento de control, amplificación y generación de señales electrónicas. Estos científicos recibieron el Premio Nobel en 1956 y los descendientes de este primer transistor cambiaron la tecnología
de nuestro mundo.