MATERIALES SEMICONDUCTORES

En el anterior artículo bajo la etiqueta "electrónica en el automóvil" hablamos sobre los materiales conductores de la electricidad y sobre los materiales aislantes. En concreto relacionamos el nº de electrones de conducción (los de la última capa) y el nº de capas con la mayor o menor facilidad de los materiales para conducir la electricidad. Cuanto menor es el nº de electrones en la última capa y cuanto mayor sea el nº de capas tendremos materiales mejores conductores.

¿Qué sucede con los materiales que se denominan semiconductores?

En cuanto a su estructura atómica hay que decir que tienen cuatro electrones en su última capa. Esto podrían hacernos pensar que se trata de unos materiales buenos conductores de la electricidad.

Pero tanto el germanio como el silicio (que son los materiales semiconductores mas importantes en la industria) realizan entre sus átomos un tipo de unión que los convierte prácticamente en aislantes: El enlace covalente.

 

El enlace covalente consiste en que los electrónes de la última capa de un átomo comparten otros cuatro electrones de los átomos que están alrededor,

generando una estructura en forma de red muy estable en cuanto a las propiedades eléctricas.

Al compartir estos electrones, cada átomo tiene en su última capa a ocho electrones girando alrededor de su nucleo y esto modifica su comportamiento eléctrico, ya que las últimas capas son ahora muy estables desde el punto de vista eléctrico. Se podría decir que los semiconductores son dieléctricos, pero en los fenómenos eléctricos influyen tambien otras cuestiones como la temperatura. Si en el entorno del cero absoluto conseguimos una situación de reposo total de los electrones, según vayamos aumentando la temperatura los átomos comienzan a oscilar, tanto más cuanto mayor sea la temperatura. Esto provoca la ruptura de algunos enlaces covalentes y los electrones que se liberan comienzan a comportarse como electrones de conducción que se desplazan libremente por la estructura del cristal.

La ausencia de un electrón de su órbita genera también un hueco libre que tambien se desplaza libremente por la estructura del cristal. Cada vez que se produce este fenómeno se dice que se ha generado un par hueco-electrón. El nº de pares hueco-electron aumenta rápidamente con la temperatura, aumentando así el nº de portadores de carga. De esto podemos deducir que aun el cristal semiconductor más puro es  ligeramente conductor.

A esta conducción se la denomina "intrínseca" ya que todo el proceso se produce internamente, es decir, los portadores decarga proceden del mismo material; la conducción intrínseca aumenta con la temperatura.

El proceso descrito también se produce en dirección contraria; cuando los electrones y los huecos se desplazan desordenadamente por la estructura del cristal, puede suceder que se produzca el choque entre un electrón y un hueco y que uno atrape al otro; es lo que se denomina recombinación. Para una misma temperatura el nº de pares hueco-electrón se mantiene constante, por lo que cuando se produce la recombinación de un par se genera otro par en algún otro punto.