Ejemplo de Materiales Semiconductores

De acuerdo con su capacidad de conducir la corriente eléctrica, los materiales se dividen en tres categorías: Conductores, Aislantes y Semiconductores. Los materiales semiconductores son el corazón de la mayoría de las tecnologías que utilizamos en nuestra vida diaria.

Desde el teléfono móvil que llevas en el bolsillo hasta el ordenador en el que trabajas, los semiconductores son fundamentales para su funcionamiento. Pero, ¿qué son exactamente los semiconductores y por qué son tan importantes? En este artículo te explicaremos a detalle qué son, cómo funcionan, usus y ejemplos de semiconductores.

¿Qué son los materiales semiconductores?

Un material semiconductor es aquel que tiene una conductividad eléctrica entre la de un conductor (como el cobre) y un aislante (como la goma). Su conductividad puede ser modificada mediante el proceso de dopado, permitiendo así el control de la corriente eléctrica que pasa a través de ellos. Este control de la corriente eléctrica es la base de muchos dispositivos electrónicos, incluyendo diodos, transistores y circuitos integrados.

Los semiconductores se comportan como aislantes a bajas temperaturas, pero si ésta se incrementa, se comportan como conductores. 

Semiconductores en materiales electrónicos

Los semiconductores son la clave para la miniaturización de la tecnología electrónica. Dado que permiten un control preciso de la electricidad, han hecho posible el desarrollo de dispositivos cada vez más pequeños y potentes. De hecho, el chip de silicio, un tipo de semiconductor, es la base de todos los ordenadores modernos.

Pero los semiconductores no sólo se encuentran en nuestros dispositivos electrónicos. También se utilizan en una variedad de otras aplicaciones, como la generación de energía solar, los sensores, las tecnologías de iluminación como los diodos emisores de luz (LED) y muchas otras. En resumen, los semiconductores son vitales para nuestra sociedad tecnológicamente avanzada. Sin ellos, muchas de las comodidades y avances que disfrutamos hoy en día no serían posibles.

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Principios Básicos de los Semiconductores

Semiconductores Intrinsicos y Extrinsicos

Los semiconductores se clasifican en dos categorías principales: intrínsecos y extrínsecos.

Un semiconductor intrínseco es un material puro, como el silicio o el germanio, sin ninguna impureza añadida. Su comportamiento electrónico se basa únicamente en sus propias propiedades físicas.

Un semiconductor extrínseco es aquel al que se le añaden impurezas (un proceso conocido como dopaje) para mejorar su conductividad.

Tabla Comparativa

Banda de Energía y Banda Prohibida

Para entender los semiconductores, necesitamos hablar de bandas de energía y bandas prohibidas.

Los electrones en un átomo tienen diferentes niveles de energía. Estos niveles de energía pueden agruparse en bandas. La banda de valencia es la banda de energía más alta completamente llena de electrones. La banda de conducción es la banda de energía más baja parcialmente llena o completamente vacía.

Entre estas dos bandas se encuentra la banda prohibida o gap. En los conductores, la banda de valencia y la banda de conducción se superponen, permitiendo a los electrones moverse libremente. En los aislantes, hay un gran gap que impide el movimiento de los electronos. Los semiconductores, por su parte, tienen un gap pequeño que los electrones pueden superar bajo ciertas condiciones, permitiendo la conductividad.

Tabla Resumen

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Tipos de Materiales Semiconductores

Semiconductores Tipo N

Los semiconductores tipo N son una clase de materiales semiconductores. Se crean añadiendo impurezas que tienen más electrones que los átomos del semiconductor puro. Este proceso se llama dopaje. Cuando se añade una impureza de cinco electrones, como el fósforo a un semiconductor de silicio, cada átomo de fósforo tiene un electrón extra que se puede mover libremente. Estos electrones adicionales hacen que el semiconductor tipo N sea negativamente cargado.

10 Ejemplos de Semiconductores Tipo N

Aquí te presentamos diez ejemplos de materiales semiconductores tipo N.

1. Silicio dopado con fósforo
2. Silicio dopado con arsénico
3. Germanio dopado con antimonio
4. Germanio dopado con arsénico
5. Germanio dopado con fósforo
6. Arsénico de galio dopado con telurio
7. Arsénico de galio dopado con selenio
8. Nitruro de galio dopado con silicio
9. Fosfuro de indio dopado con azufre
10. Fosfuro de indio dopado con selenio

Semiconductores Tipo P

Al igual que los semiconductores tipo N, los semiconductores tipo P también se crean por dopaje. Pero en lugar de añadir un átomo con electrones extra, se añade un átomo con menos electrones. Este átomo crea un "hueco" en la estructura del semiconductor que puede moverse como una carga positiva. Así, el semiconductor tipo P adquiere una carga positiva.

10 Ejemplos de Semiconductores Tipo P

Aquí te presentamos diez ejemplos de materiales semiconductores tipo P.

1. Silicio dopado con galio
2. Silicio dopado con indio
3. Germanio dopado con aluminio
4. Germanio dopado con galio
5. Arsénico de galio dopado con zinc
6. Arsénico de galio dopado con magnesio
7. Nitruro de galio dopado con zinc
8. Nitruro de galio dopado con magnesio
9. Fosfuro de indio dopado con zinc
10. Fosfuro de indio dopado con magnesio

10 ejemplos de materiales semiconductores explicados

1. Silicio (Si): Este es probablemente el semiconductor más conocido y ampliamente utilizado en la industria electrónica. Su estructura de cristal y su gap de banda lo hacen ideal para la mayoría de las aplicaciones de semiconductores.

2. Germanio (Ge): Es otro semiconductor elemental. Aunque es menos utilizado que el silicio, fue clave en el desarrollo de los primeros transistores.

3. Arseniuro de Galio (GaAs): Este compuesto se utiliza en dispositivos que necesitan operar a frecuencias muy altas o en entornos de alta temperatura.

4. Nitruro de Galio (GaN): Este material semiconductor se utiliza a menudo en diodos emisores de luz (LED) y en electrónica de potencia.

5. Fosfuro de Indio (InP): Es un semiconductor utilizado en dispositivos optoelectrónicos de alta velocidad, incluyendo diodos láser y fotodiodos.

6. Telururo de Cadmio (CdTe): Este material se utiliza en células solares y detectores de radiación.

7. Sulfuro de Zinc (ZnS): Es un material semiconductor que se utiliza en pantallas y sensores.

8. Seleniuro de Plomo (PbSe): Este material es útil en detectores infrarrojos.

9. Antimonio de Indio (InSb): Este material se utiliza en dispositivos que operan en el rango de infrarrojos.

10. Sulfuro de Cobre (CuS): Este compuesto se utiliza en células solares.

Aplicación de semiconductores, Diodos.

Usos y Aplicaciones de los Semiconductores

Una de las razones por las que los semiconductores son tan fascinantes es que son increíblemente versátiles. Se pueden encontrar en una amplia gama de dispositivos y aplicaciones. Aquí vamos a explorar algunos de ellos.

Electrónica de Consumo

Prácticamente todos los dispositivos electrónicos modernos dependen de los semiconductores. Los microprocesadores en nuestros ordenadores y smartphones son un ejemplo clave. Estos chips contienen millones o incluso miles de millones de transistores semiconductores que procesan la información y ejecutan las tareas.

Energía Renovable

Los semiconductores también juegan un papel crucial en la generación de energía renovable. Los paneles solares, por ejemplo, utilizan células fotovoltaicas hechas de materiales semiconductores, como el silicio, para convertir la luz del sol en electricidad.

Tecnología de la Información

Los semiconductores son la columna vertebral de la tecnología de la información. Desde las memorias de acceso aleatorio (RAM) hasta los dispositivos de almacenamiento de estado sólido (SSD), los semiconductores son fundamentales para el almacenamiento y el procesamiento de información.

10 ejemplos de usos de los semiconductores

1. Computadoras y dispositivos electrónicos: Los semiconductores son fundamentales en todos los dispositivos electrónicos, incluyendo computadoras, smartphones y tabletas. Las CPUs y las GPUs de estos dispositivos están hechas de millones de transistores semiconductores.

2. Paneles solares: Las células fotovoltaicas utilizadas en los paneles solares son un tipo de diodo semiconductor que convierte la luz en electricidad.

3. LEDs: Los diodos emisores de luz (LED) son dispositivos semiconductores que emiten luz cuando se les aplica una corriente eléctrica.

4. Diodos láser: Utilizados en lectores de CD/DVD, telecomunicaciones, cirugía láser y más, los diodos láser son semiconductores que emiten luz coherente.

5. Sensores: Muchos tipos de sensores, incluyendo sensores de temperatura, luz, presión y proximidad, utilizan semiconductores.

6. Memoria de dispositivos electrónicos: Las memorias RAM y las unidades de almacenamiento de estado sólido (SSD) en dispositivos electrónicos están compuestas de celdas semiconductoras que almacenan datos.

7. Amplificadores de señal: Los transistores semiconductores pueden funcionar como amplificadores de señal en dispositivos de audio y equipos de telecomunicaciones.

8. Microcontroladores: Los microcontroladores, utilizados en una variedad de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta sistemas de control industrial, son chips semiconductores que contienen una CPU, memoria y periféricos de entrada/salida.

9. Cámaras digitales: Los sensores de imagen utilizados en las cámaras digitales son dispositivos semiconductores que convierten la luz en señales eléctricas.

10. Dispositivos de comunicación: Los semiconductores se utilizan en dispositivos de telecomunicaciones, incluyendo antenas, amplificadores de RF, y más.

Artículo basado en: Neamen, D. (2011). Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles. McGraw Hill.