Como vimos anteriormente, los semiconductores son materiales que permiten el flujo de corriente eléctrica por su estructura, presentando cierta resistencia.
Podemos clasificar a los semiconductores en dos grandes categorías:
Los semiconductores de interés para la industria electrónica, son los extrínsecos, ya que al ser creados artificialmente, se pueden controlar de manera precisa sus propiedades conductivas.
Estos semiconductores se producen contaminando porciones de un material, fabricado con elementos aislantes como el Silicio (Si), con átomos de otros materiales para cambiar el comportamiento eléctrico de su estructura. La proporción de átomos contaminantes, a los que se llama dopantes, es bastante pequeña, aproximadamente 5 átomos dopantes por cada millón de átomos de Silicio (aunque puede variar), pero esta cantidad es suficiente para alterar el comportamiento eléctrico del material. Un material se puede dopar con átomos donadores o aceptores. Para comprender cómo funcionan los elementos aceptores o donadores, primero debemos entender cómo es la naturaleza del silicio intrínseco.
Cuando el silicio se enlaza con otros átomos de silicio u otros elementos tetravalentes, la estructura del material resultante, está "completa". Cada átomo está enlazado a 4 otros átomos que completan sus 8 electrones de valencia y cada uno de éstos está enlazado a 4 que también los completan, y así sucesivamente. Esto quiere decir que ya no hay espacio en las capas de valencia de los átomos en el material, para aceptar electrones, por lo que un electrón libre que intente circular por el material, no podrá enlazarse con ningún átomo.
Por otra parte, los átomos aceptores son aquellos que pueden aceptar electrones "extra" en sus capas de valencia. Estos son elementos trivalentes, que al enlazarse con los 4 átomos de silicio a su alrededor, aún tendrán espacio para recibir un electrón más. En la siguiente figura podemos ver un átomo de Boro (B) que, al entrar en el arreglo atómico de nuestro material dopado, deja un "hueco" que puede ser ocupado por un electrón libre.
Podemos clasificar a los semiconductores en dos grandes categorías:
- Intrínsecos: que son los semiconductores que se encuentran en la naturaleza.
- Extrínsecos: que son los fabricados a nivel industrial.
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| Roca de Silicio en su forma natural, cuando es un aislante intrínseco. |
Los semiconductores de interés para la industria electrónica, son los extrínsecos, ya que al ser creados artificialmente, se pueden controlar de manera precisa sus propiedades conductivas.
Estos semiconductores se producen contaminando porciones de un material, fabricado con elementos aislantes como el Silicio (Si), con átomos de otros materiales para cambiar el comportamiento eléctrico de su estructura. La proporción de átomos contaminantes, a los que se llama dopantes, es bastante pequeña, aproximadamente 5 átomos dopantes por cada millón de átomos de Silicio (aunque puede variar), pero esta cantidad es suficiente para alterar el comportamiento eléctrico del material. Un material se puede dopar con átomos donadores o aceptores. Para comprender cómo funcionan los elementos aceptores o donadores, primero debemos entender cómo es la naturaleza del silicio intrínseco.
Silicio Intrínseco
Cuando se tiene, digamos, una barra de silicio altamente puro, los átomos se enlazan entre sí, formando enlaces covalentes, es decir enlaces donde se comparten electrones entre varios átomos. El silicio es un material tetravalente, esto quiere decir que tiene 4 electrones en su última órbita atómica. Esta órbita tiene una capacidad para contener hasta 8 electrones. Al enlazarse con otros átomos, éstos se "anclan" al átomo de silicio compartiendo uno de sus electrones de valencia. Entonces, si se pueden tener 8 electrónes en la órbita de valencia pero el Silicio tiene naturalmente 4, puede enlazarse con otros 4 electrones que le compartan, cada uno, un electrón para llenar la órbita de valencia.Cuando el silicio se enlaza con otros átomos de silicio u otros elementos tetravalentes, la estructura del material resultante, está "completa". Cada átomo está enlazado a 4 otros átomos que completan sus 8 electrones de valencia y cada uno de éstos está enlazado a 4 que también los completan, y así sucesivamente. Esto quiere decir que ya no hay espacio en las capas de valencia de los átomos en el material, para aceptar electrones, por lo que un electrón libre que intente circular por el material, no podrá enlazarse con ningún átomo.
Silicio Extrínseco
Los átomos donadores son los que pueden ceder (donar) electrones a la red atómica de la estructura. Estos electrones no son electrones libres, pues están asociados con sus átomos padres, pero pueden separarse de sus átomos y convertirse en electrones libres si se aplica cierto potencial eléctrico al material. Por ejemplo, un elemento pentavalente (con 5 átomos de valencia) puede enlazarse con los 4 electrones de Silicio que normalmente se enlazaría otro átomo de Silicio. Entonces, 4 de sus electrones de valencia forman enlaces covalentes, pero uno de estos electrones no está compartido con ningún otro átomo, por lo que puede ser liberado cuando se aplica potencial. Un ejemplo de este caso, se muestra en la siguiente figura donde podemos ver un átomo de Fósforo, enlazado con átomos de Silicio. |
| Silicio con dopante de tipo pentavalente, Fósforo (P). |
Por otra parte, los átomos aceptores son aquellos que pueden aceptar electrones "extra" en sus capas de valencia. Estos son elementos trivalentes, que al enlazarse con los 4 átomos de silicio a su alrededor, aún tendrán espacio para recibir un electrón más. En la siguiente figura podemos ver un átomo de Boro (B) que, al entrar en el arreglo atómico de nuestro material dopado, deja un "hueco" que puede ser ocupado por un electrón libre.
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| Material con dopante aceptor trivalente, en este caso, Boro (B). |
