Semiconductor intrínseco y extrínseco
Es notable que la electrónica moderna se base en un tipo de material, los semiconductores. Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad intermedia entre los conductores y los aislantes. Los materiales semiconductores se utilizaron en la electrónica incluso antes de la invención del diodo semiconductor y el transistor en la década de 1940, pero después de eso, los semiconductores encontraron una gran aplicación en el campo de la electrónica. En 1958, la invención del circuito integrado por Jack Kilby de Texas Instruments elevó el uso de semiconductores en el campo de la electrónica a un nivel sin precedentes.
Naturalmente, los semiconductores tienen su propiedad de conductividad debido a los portadores de carga gratuitos. Tal semiconductor, un material que naturalmente muestra propiedades semiconductoras, se conoce como semiconductor intrínseco. Para el desarrollo de componentes electrónicos avanzados, se mejoraron los semiconductores para que funcionaran con una mayor conductividad mediante la adición de materiales o elementos que aumentan la cantidad de portadores de carga en el material semiconductor. Tal semiconductor se conoce como semiconductor extrínseco.
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La conductividad de cualquier material se debe a los electrones liberados a la banda de conducción por la agitación térmica. En el caso de los semiconductores intrínsecos, el número de electrones liberados es relativamente menor que en los metales, pero mayor que en los aislantes. Esto permite una conductividad de corriente muy limitada a través del material. Cuando aumenta la temperatura del material, entran más electrones en la banda de conducción y, por lo tanto, también aumenta la conductividad del semiconductor. Hay dos tipos de portadores de carga en un semiconductor, los electrones liberados en la banda de valencia y los orbitales vacantes, más comúnmente conocidos como huecos. El número de huecos y electrones en un semiconductor intrínseco es igual. Tanto los huecos como los electrones contribuyen al flujo de corriente. Cuando se aplica una diferencia de potencial, los electrones se mueven hacia el potencial más alto y los huecos se mueven hacia el potencial más bajo.
Hay muchos materiales que actúan como semiconductores, algunos son elementos y otros compuestos. El silicio y el germanio son elementos con propiedades semiconductoras, mientras que el arseniuro de galio es un compuesto. En general, los elementos del grupo IV y los compuestos de los elementos de los grupos III y V, como el arseniuro de galio, el fosfuro de aluminio y el nitruro de galio, muestran propiedades semiconductoras intrínsecas.
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Al agregar diferentes elementos, las propiedades del semiconductor se pueden refinar para conducir más corriente. El proceso de adición se conoce como dopaje, mientras que el material agregado se conoce como impurezas. Las impurezas aumentan el número de portadores de carga dentro del material, lo que permite una mejor conductividad. Según el vehículo suministrado, las impurezas se clasifican en aceptores y donantes. Los donantes son materiales que tienen electrones libres dentro de la red y los aceptores son materiales que dejan huecos en la red. Para los semiconductores del grupo IV, los elementos del grupo III, el boro, el aluminio, actúan como aceptores, mientras que los elementos del grupo V, el fósforo y el arsénico, actúan como donantes. Para los semiconductores compuestos del grupo II-V, el selenio y el telurio actúan como donantes, mientras que el berilio, el zinc y el cadmio actúan como aceptores.
Si se agrega una cantidad de átomos aceptores como impurezas, la cantidad de agujeros aumenta y el material tiene un exceso de portadores de carga positiva que antes. Por lo tanto, el semiconductor dopado con la impureza del aceptor se denomina Semiconductor de tipo positivo o tipo P. De la misma manera, un semiconductor dopado con impurezas donantes, que dejan el material con un exceso de electrones, se denomina semiconductor de tipo negativo o tipo N.
Los semiconductores se utilizan para fabricar diferentes tipos de diodos, transistores y componentes relacionados. Los láseres, las células fotovoltaicas (células solares) y los fotodetectores también utilizan semiconductores.
¿Cuál es la diferencia entre semiconductores intrínsecos y extrínsecos?
