O espectro de semicondutores: um guia para os diferentes tipos

El espectro de semiconductores: una guía para los diferentes tipos

Crónicas de semiconductores: exploración de la diversidad de materiales

En el complejo mundo de la electrónica, los semiconductores son los héroes anónimos que impulsan nuestro panorama tecnológico moderno. Estos materiales pueden conducir corriente eléctrica de forma selectiva, lo que los convierte en componentes básicos para transistores, diodos, microchips y más. Sin embargo, no todos los semiconductores son iguales. Vienen en una rica variedad de materiales, cada uno con sus propias propiedades y aplicaciones. En este viaje por el universo de los semiconductores, descubriremos los diferentes materiales que forman la base de la electrónica, desde el clásico silicio hasta compuestos exóticos y todo lo demás.

Silicio: el caballo de batalla de la electrónica

El silicio, a menudo denominado el caballo de batalla de la industria de los semiconductores, ha sido un material básico durante décadas. Su riqueza, estabilidad y propiedades bien investigadas lo convierten en la primera opción para la mayoría de las aplicaciones electrónicas. Los semiconductores basados ​​en silicio alimentan nuestras computadoras, teléfonos inteligentes y muchos otros dispositivos. También son la base de los circuitos integrados, en los que millones de transistores trabajan en armonía para procesar y almacenar información.

Germanio: el elemento olvidado

Aunque el germanio es menos común en la electrónica moderna, jugó un papel importante en los primeros días de la tecnología de semiconductores. Tiene propiedades similares al silicio, pero requiere condiciones de fabricación más estrictas. Los dispositivos basados ​​en germanio, como diodos y transistores, fueron cruciales para los sistemas electrónicos innovadores.

Semiconductores compuestos: abriendo nuevos caminos

Tipos de semiconductores

Los semiconductores compuestos son una categoría fascinante de materiales creados mediante la combinación de elementos de diferentes grupos de la tabla periódica. El arseniuro de galio (GaAs), el nitruro de galio (GaN) y el fosfuro de indio (InP) son sólo algunos ejemplos. Estos materiales ofrecen ventajas únicas, como una alta movilidad de electrones y un excelente rendimiento en aplicaciones de alta frecuencia. Los semiconductores compuestos son esenciales para el desarrollo de la electrónica avanzada, incluidos los dispositivos de comunicaciones de alta velocidad y los sistemas de radar avanzados.

Semiconductores orgánicos: flexibles y futuristas

Los semiconductores orgánicos son una clase emergente de materiales que ofrecen un enorme potencial para la electrónica flexible, los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) y más. Están fabricados a partir de moléculas a base de carbono y ofrecen flexibilidad, diseño liviano y fabricación rentable. Los semiconductores orgánicos están allanando el camino para pantallas flexibles, tecnología portátil y células solares orgánicas.

Semiconductores exóticos: traspasando límites

Además de los materiales convencionales, los investigadores exploran continuamente semiconductores exóticos como el diamante, el carburo de silicio (SiC) y la perovskita. Estos materiales exhiben propiedades notables, desde extrema durabilidad y estabilidad a altas temperaturas hasta una impresionante eficiencia fotovoltaica. Los semiconductores exóticos están a la vanguardia de las tecnologías de vanguardia, incluida la electrónica de alto rendimiento y las células solares de próxima generación.

Clasificación de semiconductores: intrínseco vs. extrínseco

Los semiconductores son la columna vertebral de la electrónica moderna y su capacidad para controlar el flujo de electricidad los hace esenciales para una variedad de aplicaciones. Para comprender mejor su comportamiento y utilidad, clasificamos los semiconductores en dos tipos principales: intrínsecos y extrínsecos. Estas clasificaciones son esenciales en la física y la tecnología de semiconductores teórica y práctica.

Semiconductor intrínseco

Princípio da eletrônica

Un semiconductor es una forma extremadamente pura llamada semiconductor intrínseco.
Ejemplos comunes de tales semiconductores son el germanio puro y el silicio, que tienen bandas prohibidas de 0,72 eV y 1,1 eV, respectivamente.
Alternativamente, puede desearse un semiconductor intrínseco en el que el número de electrones de conducción sea igual al número entero de huecos.
En un semiconductor intrínseco que es uniforme a temperatura ambiente, el % de huecos de pares de electrones se crea cuando se aplica un campo eléctrico a través de un semiconductor intrínseco. La conducción de electricidad se produce mediante dos procesos: electrones libres y huecos, como se muestra en la figura.

Semicondutor intrínseco

Semiconductores extranjeros

Los semiconductores se clasifican en semiconductores intrínsecos y semiconductores extrínsecos. Los semiconductores extrínsecos se pueden clasificar en semiconductores de tipo N y tipo P. Aunque los semiconductores intrínsecos tienen sus usos, muchos dispositivos electrónicos prácticos requieren un control más preciso del comportamiento eléctrico. Aquí es donde entran en juego los semiconductores extrínsecos. Los semiconductores extrínsecos se crean mediante la introducción intencionada de ciertos tipos y cantidades de impurezas, un proceso llamado dopaje.

Al agregar una pequeña cantidad de una impureza apropiada (donante), un semiconductor intrínseco se convierte en un semiconductor extrínseco.
Los semiconductores intrínsecos son los llamados semiconductores de impurezas, a los que se les han añadido sustancias extrañas o dopantes especiales y adecuados en cantidades excepcionalmente pequeñas.

dopaje

Se añaden impurezas a los semiconductores. La cantidad y el tipo de estas impurezas deben controlarse cuidadosamente durante la producción de semiconductores extranjeros.
El aumento de la impureza está determinado por un aumento en el número de electrones libres o en el número de agujeros en el cristal semiconductor.
Dependiendo del tipo de impureza añadida, los semiconductores de impurezas se clasifican de la siguiente manera:
  1. Semiconductor tipo N
  2. Semiconductor tipo P

Semiconductor tipo N

Cuando se añade una cantidad menor de impurezas pentavalentes a un semiconductor puro, se le llama semiconductor tipo n. (N significa negativo).
La adición de impurezas pentavalentes proporciona muchos electrones libres en el cristal semiconductor.
El ejemplo común de impurezas pentavalentes es el arsénico (AS) y el antimonio (Sb). Las impurezas que producen semiconductores de tipo n se denominan impurezas donantes porque donan o proporcionan electrones libres al cristal semiconductor.

Desarrollo de un semiconductor tipo N

Se crea cuando se añade un material pentavalente como el antimonio a un cristal de geranio puro. Como se muestra en la figura, cada átomo de antimonio forma enlaces covalentes con los cuatro átomos de geranio circundantes utilizando cuatro de sus cinco electrones.
Prácticamente cada átomo de antimonio introducido en la red de germanio aporta un electrón de conducción sin crear un agujero positivo.

Desenvolvimento de um semicondutor tipo N

La figura muestra la descripción de la banda de energía de los semiconductores tipo n. La adición de impurezas pentavalentes creó varios electrones en la banda de conducción. Es decir, electrones libres.

Desenvolvimento de um semicondutor tipo N Semiconductores intrínsecos tipo P

Cuando se agrega una pequeña cantidad de impurezas trivalentes a un semiconductor puro, se le llama semiconductor tipo P (P significa positivo).
La adición de impurezas trivalentes produce numerosos agujeros en el semiconductor.
Ejemplos comunes de impurezas trivalentes incluyen galio (Ga), indio (Id) y boro (B). Las impurezas que crean semiconductores tipo P son impurezas aceptoras porque los huecos resultantes pueden aceptar electrones.
Este tipo de semiconductor se forma cuando se añaden trazas de una impureza trivalente, como el boro (B), a un cristal de germanio puro.

Semicondutores intrínsecos tipo P

Resistencia en el circuito de corriente alterna.

Por lo tanto, el boro, una impureza aceptora, causa muchos agujeros positivos en un cristal de germanio debido a la presencia de átomos de boro, proporcionando así un semiconductor de impureza de tipo P.

La figura de arriba muestra la descripción de la banda de energía del semiconductor tipo P. La adición de impurezas trivalentes creó una gran cantidad de agujeros. Sin embargo, algunos electrones de la banda de conducción se deben a la energía térmica asociada con la temperatura ambiente. Sin embargo, los huecos superan en número a los electrones en la banda de conducción.

Principio de la electrónica.

Tipos de semiconductores

A continuación se muestra una representación esquemática de la unión de energía de un semiconductor intrínseco a temperatura ambiente:
Los electrones libres se crean rompiendo múltiples enlaces covalentes utilizando energía térmica. También aparecen agujeros en los enlaces covalentes. Bajo el efecto del campo eléctrico, tanto los electrones libres como los huecos son conducidos a través del semiconductor. Por tanto, la corriente total en el semiconductor es la suma de las corrientes debidas a los electrones libres y los huecos.

Conclusión

El mundo de los semiconductores es una mezcla diversa de materiales, cada uno de los cuales contribuye a su manera al desarrollo de la electrónica. A medida que continuamos ampliando los límites de lo que es posible, desde procesadores más rápidos hasta una conversión de energía más eficiente, estos materiales permanecen a la vanguardia de la innovación. Comprender la gran diversidad de semiconductores no es sólo un viaje a través de la ciencia; es un viaje a través de la historia y el futuro de la tecnología misma, un viaje que nos acercará cada vez más a las posibilidades inimaginables de la electrónica.

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