Semiconductores

MATERIALES P y N

Un cristal de silicio puro se conoce como un semiconductor intrínseco, en la mayor parte de las aplicaciones para producir una corriente útil se necesita de un flujo de electrones que circule de átomo a átomo, a este elemento hay que combinarlo para aumentar el numero de electrones con otras sustancias externas por impurificación, que consiste en agregar átomos de impurezas al cristal, de esta forma se denomina semiconductor extrínseco.

Existen elementos que producen un aumento de electrones y otros deficiencia al combinarlos con el silicio, de tal forma que si se produce un aumento de electrones dicho material recibe el nombre de material n (negativo), los elementos pueden ser el arsénico, antimonio y fosforo. Asimismo si hubo una deficiencia en los electrones el nombre del material combinado recibe el nombre de material tipo p (positivo), estos pueden ser aluminio, boro y galio.

Es posible producir un cristal que tiene la mitad del tipo p y la otra mitad del tipo n. Un cristal pn como este recibe el nombre de diodo. El lado n tiene aumento de electrones y el p deficiencia.

EFECTOS DE LA TEMPERATURA

El aumento de la temperatura hace que los átomos en un cristal de silicio vibren dentro de él, un electrón se puede liberar de su órbita, lo que deja un hueco, que a su vez atraerá otro electrón. La energía que aparece en forma de calor rompe algunos enlaces covalentes, es decir obliga algunos electrones de valencia hacia la banda de conducción, de esta forma es como se obtiene un numero limitado de electrones en esa banda, bajo la influencia de un campo eléctrico estos electrones se mueven y generan una corriente. Cada vez que un electrón es empujado a la banda de conducción se crea un hueco en la banda de valencia, por lo tanto la banda de valencia ya no esta saturada o llena y cada hueco en la banda de valencia representa una orbita disponible de rotación. A temperatura ambiente, la corriente es demasiada pequeña para ser útil(alrededor de 25 ˚C), a esta temperatura una pieza de silicio no es ni buen aislador ni buen conductor, por lo que se le denomina semiconductor.

Los electrones viajan en orbitas formando radios, se requiere energía (calor, luz u otra radiación), para mover un electrón de una orbita pequeña a una mas grande, porque se debe efectuar un trabajo para contrarrestar la atracción del núcleo. Por lo tanto, cuanto mas grande sea la orbita del electrón mayor será la energía potencial respecto al núcleo, en otras palabras nivel de energía es solo otra forma de decir radio orbital, se dice entonces que el átomo se encuentra en estado de excitación. Este estado no dura mucho porque el electrón pronto regresa a su nivel de energía original, pero cuando cae regresa la energía adicional adquirida en forma de calor, luz o alguna otra forma de radiación.

BANDAS DE ENERGIA

Cuando un átomo de silicio se aisla, la orbita de un electrón es controlada por las cargas de ese átomo aislado. Pero cuando los átomos de silicio se combinan en un cristal, la orbita de un electrón esta influida por las cargas de muchos átomos adyacentes. Como cada electrón tiene una posición diferente dentro del cristal, ninguno de ellos se encuentra bajo influencia de un mismo patrón de cargas circundantes, por esta razón la orbita de cada electrón es diferente.