El término semiconductor es usado de manera amplia en los medios cuando se habla de avances tecnológicos y nuevos productos de la industria electrónica. Sin embargo, a pesar de ser un término cuyo uso se ha generalizado y que casi cualquier persona reconoce, pocas en realidad entienden verdaderamente que vuelve a un material un semiconductor. Entonces, tratemos de aclarar este término.
La mayor parte de la ingeniería electrónica actual se basa en la conducción de partículas con carga eléctrica (electrones) a través de materiales sólidos, desde un punto A hacia un punto B. El camino entre A y B se conoce como un circuito. Un mismo circuito puede estar formado con diferentes materiales; algunos conductores (como cobre) y otros semiconductores (como tungsteno). La resistencia que ofrecen estos materiales al flujo de electrones, puede medirse y se denomina resistividad. De acuerdo a este patrón, podemos clasificar estos materiales, de acuerdo a su resistividad, en tres grandes grupos: conductores, semiconductores y aislantes.
Los conductores son los materiales que ofrecen la menor resistencia al flujo de corrientes eléctricas y los aislantes son aquellos que presentan la mayor resistencia al paso de los electrones por su estructura. Entonces, los semiconductores se encuentran en un punto medio, ofrecen una determinada resistencia al paso de corriente eléctrica, que no es alta ni baja. Pero ¿Cómo medimos esta resistencia? ¿Qué valor debe tener una resistencia para ser considerada alta o baja?
La resistencia que ofrecen los semiconductores al paso de corriente eléctrica se denomina, resistencia eléctrica, representada con la letra griega rho (ρ) y se mide en ohms (Ω) por centímetro cúbico, que son la unidad de resistencia volumétrica del material. Los semiconductores presentan una resistencia eléctrica que se encuentra entre los valores de resistencia de los aislantes (ρ=105Ω/cm) y los conductores que casi no poseen resistencia eléctrica (ρ=10-3Ω/cm).
Como dijimos, la ingeniería electrónica se basa en hacer fluir electrones a través de un circuito. Estos electrones provienen del mismo circuito. Para que haya un flujo de electrones, primero debemos hacer que electrones dentro del circuito se liberen de sus átomos originarios (si no lo están ya) y que comiencen a moverse saltando de un átomo a otro. La resistencia eléctrica nos dice cual es la cantidad de energía eléctrica (en la forma de un campo electro-motriz) que se necesita para que los electrones ganen suficiente energía electro-motriz y se separen de sus átomos originales, volviéndose electrones libres. Esto es lo que se conoce como corriente eléctrica, que es un flujo de electrones y se mide en Amperes. Los Amperes nos dicen cuanta carga (cuantos electrones) atraviesa a un material, por unidad de tiempo. Es decir, cuantos electrones pasan por un punto de nuestro circuito en cada segundo.
Si queremos una alegoría, imaginemos de nuevo los puntos A y B. En un conductor, A está en la cima de una colina donde he instalado un tobogán que baja hasta B, donde a su vez he instalado un ascensor que me lleva de nuevo hasta A. ¿Cuanta energía gasto yo para ir desde A hasta B y viceversa? casi ninguna; en un aislante, hay un muro de tres metros entre A y B. ¿Cuanta energía gasto para is de A a B y viceversa? Muchísima, pues tengo que escalar es muro de ida y vuelta; en un semiconductor el camino entre A y B puede verse como lineal, pero la resistencia del semiconductor indica que tal vez el camino está lodoso si dicho material tiene mucha resistencia, o que es un camino recto de concreto y voy en patines, si la resistencia es baja, etc. Así, un semiconductor es un material con una resistencia entre los valores de un aislante y un conductor.
Si imaginamos los electrones de la capa de valencia de un átomo, es decir la capa orbital más alejada del núcleo y de la que se pueden desprender con más facilidad los electrones, debido a que la atracción de los protones es menor, podemos imaginarlos en una banda de un ancho determinado, donde pueden moverse. Si se les induce suficiente energía desde el exterior del átomo, pueden salirse de esta banda y caer en la banda de conducción, donde se vuelven electrones libres, es decir, si reciben suficiente energía, pueden "descarrilarse" de sus órbitas y salir disparados del átomo.
La energía necesaria para "descarrilar" un electrón, es decir, para arrancarlo de su átomo, se conoce como energía de Fermi. y se representa como la separación entre las bandas de conducción y de valencia. Entre menor sea la cantidad de energía necesaria para arrancar los electrones de sus átomos, menor será la separación entre las bandas.
Como puede verse en la figura siguiente, las bandas en un conductor, están sobrepuestas, es decir, los electrones prácticamente no requieren energía del exterior para abandonar a sus átomos originarios, mientras que en los semiconductores las bandas están ligeramente separadas, lo que indica que se necesita una cierta cantidad de energía para que el átomo done sus electrones a la banda de conducción, al tiempo que los aislantes tienen una separación de las bandas mucho más notable, lo que nos dice que se necesitará una gran cantidad de energía para tener electrones libres en el material.
La mayor parte de la ingeniería electrónica actual se basa en la conducción de partículas con carga eléctrica (electrones) a través de materiales sólidos, desde un punto A hacia un punto B. El camino entre A y B se conoce como un circuito. Un mismo circuito puede estar formado con diferentes materiales; algunos conductores (como cobre) y otros semiconductores (como tungsteno). La resistencia que ofrecen estos materiales al flujo de electrones, puede medirse y se denomina resistividad. De acuerdo a este patrón, podemos clasificar estos materiales, de acuerdo a su resistividad, en tres grandes grupos: conductores, semiconductores y aislantes.
Los conductores son los materiales que ofrecen la menor resistencia al flujo de corrientes eléctricas y los aislantes son aquellos que presentan la mayor resistencia al paso de los electrones por su estructura. Entonces, los semiconductores se encuentran en un punto medio, ofrecen una determinada resistencia al paso de corriente eléctrica, que no es alta ni baja. Pero ¿Cómo medimos esta resistencia? ¿Qué valor debe tener una resistencia para ser considerada alta o baja?
La resistencia que ofrecen los semiconductores al paso de corriente eléctrica se denomina, resistencia eléctrica, representada con la letra griega rho (ρ) y se mide en ohms (Ω) por centímetro cúbico, que son la unidad de resistencia volumétrica del material. Los semiconductores presentan una resistencia eléctrica que se encuentra entre los valores de resistencia de los aislantes (ρ=105Ω/cm) y los conductores que casi no poseen resistencia eléctrica (ρ=10-3Ω/cm).
Como dijimos, la ingeniería electrónica se basa en hacer fluir electrones a través de un circuito. Estos electrones provienen del mismo circuito. Para que haya un flujo de electrones, primero debemos hacer que electrones dentro del circuito se liberen de sus átomos originarios (si no lo están ya) y que comiencen a moverse saltando de un átomo a otro. La resistencia eléctrica nos dice cual es la cantidad de energía eléctrica (en la forma de un campo electro-motriz) que se necesita para que los electrones ganen suficiente energía electro-motriz y se separen de sus átomos originales, volviéndose electrones libres. Esto es lo que se conoce como corriente eléctrica, que es un flujo de electrones y se mide en Amperes. Los Amperes nos dicen cuanta carga (cuantos electrones) atraviesa a un material, por unidad de tiempo. Es decir, cuantos electrones pasan por un punto de nuestro circuito en cada segundo.
Si queremos una alegoría, imaginemos de nuevo los puntos A y B. En un conductor, A está en la cima de una colina donde he instalado un tobogán que baja hasta B, donde a su vez he instalado un ascensor que me lleva de nuevo hasta A. ¿Cuanta energía gasto yo para ir desde A hasta B y viceversa? casi ninguna; en un aislante, hay un muro de tres metros entre A y B. ¿Cuanta energía gasto para is de A a B y viceversa? Muchísima, pues tengo que escalar es muro de ida y vuelta; en un semiconductor el camino entre A y B puede verse como lineal, pero la resistencia del semiconductor indica que tal vez el camino está lodoso si dicho material tiene mucha resistencia, o que es un camino recto de concreto y voy en patines, si la resistencia es baja, etc. Así, un semiconductor es un material con una resistencia entre los valores de un aislante y un conductor.
Si imaginamos los electrones de la capa de valencia de un átomo, es decir la capa orbital más alejada del núcleo y de la que se pueden desprender con más facilidad los electrones, debido a que la atracción de los protones es menor, podemos imaginarlos en una banda de un ancho determinado, donde pueden moverse. Si se les induce suficiente energía desde el exterior del átomo, pueden salirse de esta banda y caer en la banda de conducción, donde se vuelven electrones libres, es decir, si reciben suficiente energía, pueden "descarrilarse" de sus órbitas y salir disparados del átomo.
La energía necesaria para "descarrilar" un electrón, es decir, para arrancarlo de su átomo, se conoce como energía de Fermi. y se representa como la separación entre las bandas de conducción y de valencia. Entre menor sea la cantidad de energía necesaria para arrancar los electrones de sus átomos, menor será la separación entre las bandas.
Como puede verse en la figura siguiente, las bandas en un conductor, están sobrepuestas, es decir, los electrones prácticamente no requieren energía del exterior para abandonar a sus átomos originarios, mientras que en los semiconductores las bandas están ligeramente separadas, lo que indica que se necesita una cierta cantidad de energía para que el átomo done sus electrones a la banda de conducción, al tiempo que los aislantes tienen una separación de las bandas mucho más notable, lo que nos dice que se necesitará una gran cantidad de energía para tener electrones libres en el material.
 |
| Diagrama ilustrativo sobre el concepto de "bandas" de conducción en materiales conductores, semiconductores y aislantes. |
