Semiconductores

Te explicamos qué es un semiconductor eléctrico, sus tipos, aplicaciones y ejemplos. Además, materiales conductores y aislantes.

¿Qué es un semiconductor?

Los semiconductores son materiales capaces de actuar como conductores eléctricos o como aislantes eléctricos, dependiendo de las condiciones físicas en que se encuentren. Estas condiciones usualmente involucran la temperatura y la presión, la incidencia de las radiaciones o las intensidades del campo eléctrico o campo magnético al cual se vea sometido el material.

Los semiconductores están compuestos por elementos químicos muy variados entre sí, que de hecho provienen de regiones distintas de la Tabla Periódica, pero que comparten ciertos rasgos químicos (generalmente son tetravalentes), que les confieren sus particulares propiedades eléctricas. En la actualidad, el semiconductor más empleado es el silicio (Si), particularmente en la industria electrónica y de la computación.

Junto con los materiales aislantes, los semiconductores fueron descubiertos en 1727 por el físico y naturalista inglés Stephen Gray (1666-1736), pero las leyes que describen sus comportamientos y propiedades fueron descritas mucho después, en 1821, por el célebre físico alemán Georg Simon Ohm (1789-1854).

Además: Propiedades de la materia

Aplicaciones de los semiconductores

Los semiconductores son especialmente útiles en la industria de la electrónica, dado que permiten conducir y modular la corriente eléctrica de acuerdo a los patrones necesarios. Por esa razón, es usual que se empleen para:

• Transistores
• Circuitos integrados
• Diodos eléctricos
• Sensores ópticos
• Láseres de estado sólido
• Moduladores de transmisión eléctrica (como un amplificador de guitarra eléctrica)

Tipos de semiconductores

Los semiconductores pueden ser de dos tipos distintos, dependiendo de su respuesta al entorno físico en que se encuentren:

Semiconductores intrínsecos

Están conformados por un único tipo de átomos, dispuestos en moléculas tetraédricas (o sea, de cuatro átomos con valencia de 4) y sus átomos unidos por enlaces covalentes.

Esta configuración química impide el movimiento libre de los electrones alrededor de la molécula, excepto ante un aumento de temperatura: entonces los electrones toman parte de la energía disponible y “saltan”, dejando un espacio libre que se traduce como una carga positiva, que a su vez atraerá nuevos electrones. Dicho proceso se llama recombinación, y la cantidad de calor requerida para ello depende del elemento químico del que se trate.

Semiconductores extrínsecos

Estos materiales permiten un proceso de dopaje, es decir, permiten que se incluyan en su configuración atómica algún tipo de impurezas. Dependiendo de estas impurezas, que pueden serpentavalentes o trivalentes, los materiales semiconductores se dividen en dos:

• Semiconductores extrínsecos tipo N (donadores). En este tipo de materiales, los electrones superan en número a los huecos o portadores de carga libre ( “espacios” de carga positiva). Cuando se aplica una diferencia de potencial al material, los electrones libres se mueven hacia la izquierda del material y los huecos entonces hacia la derecha. Cuando los huecos llegan al extremo derecho, los electrones del circuito externo entran al semiconductor, y se produce la transmisión de corriente eléctrica.
• Semiconductores extrínsecos tipo P (aceptores). En estos materiales, la impureza añadida, en lugar de aumentar los electrones disponibles, aumenta los huecos Así, se habla de material aceptor añadido, ya que hay mayor demanda de electrones que disponibilidad y cada “espacio” libre en donde debería ir un electrón sirve para facilitar el paso de la corriente.

Ejemplos de materiales semiconductores

Los semiconductores más comunes y empleados en la industria son:

• Silicio (Si)
• Germanio (Ge), a menudo en aleaciones de silicio
• Arseniuro de Galio (GaAs)
• Azufre
• Oxígeno
• Cadmio
• Selenio
• Indio
• Otros materiales químicos resultantes de la combinación de elementos de los grupos 12 y 13 de la tabla periódica, con elementos de los grupos 16 y 15 respectivamente.

Materiales conductores

A diferencia de los semiconductores, cuyas propiedades de conducción eléctrica varían, los materiales conductores se muestran siempre dispuestos a transmitir la electricidad, debido a la configuración electrónica de sus átomos. Dicha conductividad puede oscilar y verse afectada en cierto grado por el estado físico del entorno ya que la conductividad eléctrica no es absoluta.

Son ejemplos de materiales conductores la inmensa mayoría de los metales (hierro, mercurio, cobre, aluminio, etc.) y el agua.

Materiales aislantes

Por último, los materiales aislantes son aquellos que se resisten a la conducción de la electricidad, o sea, que impiden el paso de los electrones y son útiles, por lo tanto, para protegerse de la electricidad, para impedir que siga un curso libre, o que se produzcan cortocircuitos. Los aislantes tampoco aíslan de manera cien por ciento eficiente, Poseen un límite (tensión de ruptura) a partir del cual la energía es tan intensa que no pueden mantener su condición de aislantes y, por lo tanto, transmiten la corriente eléctrica, al menos en cierto grado.

Son ejemplos de materiales aislantes el plástico, la cerámica, el vidrio, la madera y el papel.

Más en: Aislante eléctrico

Referencias

• “Semiconductor” en Wikipedia.
• “Semiconductores” en Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial (España).
• “¿Qué es un semiconductor? Una explicación sencilla” (video) en MindMachineTV.
• “Propiedades de materiales semiconductores y conductores” (video) en CienciaMX.
• “Semiconductor introduction” (video) en Khan Academy.
• “Semiconductor (electronics)” en The Encyclopaedia Britannica.