Electrónica esencial: ¿qué es un semiconductor?
Video: Semiconductores 02, La unión PN, Semiconductor tipo P, Semiconductor tipo N
Semiconductores son ampliamente utilizados en los circuitos electrónicos. Como su nombre lo indica, un semiconductor es un material que conduce la corriente, pero sólo en parte. La conductividad de un semiconductor está en algún lugar entre la de un aislante, que casi no tiene conductividad, y un conductor, que tiene conductividad casi lleno. La mayoría de los semiconductores son cristales hechos de ciertos materiales, más comúnmente de silicio.
Para entender cómo funcionan los semiconductores, primero hay que entender un poco acerca de cómo los electrones se organizan en un átomo. Los electrones en un átomo se organizan en capas. Estas capas se denominan conchas. La capa más externa se llama la valencia cáscara.
Los electrones en esta cáscara son los que forman enlaces con los átomos vecinos. Tales enlaces se denominan enlaces covalentes. La mayoría de los conductores tienen un solo electrón en la capa de valencia. Semiconductors, por otro lado, tienen típicamente cuatro electrones en su capa de valencia.
Si todos los átomos vecinos son del mismo tipo, es posible que todos los electrones de valencia para unirse con los electrones de valencia de otros átomos. Cuando eso sucede, los átomos se organizan en estructuras llamadas cristales. Semiconductors están hechos de tales cristales, generalmente cristales de silicio.
Aquí, cada círculo representa un átomo de silicio, y las líneas entre los átomos representan los electrones compartidos. Cada uno de los cuatro electrones de valencia en cada átomo de silicio se comparte con átomo de silicio una vecina. Por lo tanto, cada átomo de silicio está unido a otros cuatro átomos de silicio.
Video: Semiconductores
cristales de silicio puro no son del todo útil electrónicamente. Pero si se introduce pequeñas cantidades de otros elementos en un cristal, el cristal comienza a conducir de una manera interesante.
El proceso de introducir deliberadamente otros elementos en un cristal se llama dopaje. El elemento introducido por dopaje se llama dopante. Al controlar cuidadosamente el proceso de dopaje y los dopantes que se utilizan, cristales de silicio pueden transformarse en uno de dos tipos distintos de conductores:
Semiconductor tipo N: Crea cuando el dopante es un elemento que tiene cinco electrones en su capa de valencia. El fósforo se utiliza comúnmente para este propósito.
Los átomos de fósforo se unen a la derecha en la estructura cristalina del silicio, cada uno de unión con cuatro átomos de silicio adyacentes al igual que un átomo de silicio haría. Debido a que el átomo de fósforo tiene cinco electrones en su capa de valencia, pero sólo cuatro de ellos están unidos a átomos adyacentes, el quinto electrón de valencia se deja salir con nada para unir a.
Los electrones de valencia adicionales en los átomos de fósforo comienzan a comportarse como los electrones de valencia individuales en un conductor regular, tales como el cobre. Ellos son libres de moverse. Debido a que este tipo de semiconductor tiene exceso de electrones, se llama una N-tipo semiconductor.
-Semiconductor tipo P: Sucede cuando el dopante (por ejemplo, boro) tiene sólo tres electrones en la capa de valencia. Cuando una pequeña cantidad se incorpora en el cristal, el átomo es capaz de unirse con cuatro átomos de silicio, pero ya que tiene sólo tres electrones para ofrecer, una agujero es creado. El agujero se comporta como una carga positiva, por lo que los semiconductores dopados de esta manera se denominan los semiconductores de tipo P.
Al igual que una carga positiva, agujeros atraen electrones. Pero cuando un electrón se mueve en un agujero, el electrón deja un nuevo agujero en su ubicación anterior. Así, en un semiconductor de tipo P, los agujeros se mueven constantemente alrededor dentro del cristal como electrones constantemente tratan de llenarlos.
Cuando se aplica tensión ya sea a una de tipo N o de tipo P semiconductor, la corriente fluye, por la misma razón que fluye en un conductor regular: El lado negativo de la tensión empuja a los electrones, y el lado positivo ellos tirones. El resultado es que el movimiento de electrones y el agujero al azar que siempre está presente en un semiconductor se organiza en una dirección, la creación de la corriente eléctrica medible.