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La ciencia detrás de los Semiconductores

Algunos consideran que la historia de la electrónica inicia a comienzos del siglo XX, donde el hito de su nacimiento lo marcó la invención del diodo de vacío, primer elemento electrónico cuyo funcionamiento originario había sido observado años atrás por Tomas Edison durante sus numerosos experimentos para hallar la forma correcta de construir la bombilla. Jhon Fleming descubrió, que el efecto obtenido por Edison podía aplicarse para lograr transformar la corriente alterna a continua, Edison añadió a una de sus lámparas incandescentes de vacío un segundo filamento con carga positiva, generando una corriente eléctrica estable que se desplazaba en una sola dirección, desde el filamento incandescente hacia el cargado positivamente, Fleming aprovechó este comportamiento y construyó así la primera válvula de vacío o diodo.

El Diodo es un componente tan importante que hoy su ausencia representaría la inexistencia de las tecnologías modernas, desde la radio hasta los televisores de alta resolución se sirven de sus potencialidades para funcionar. Un diodo tiene la capacidad de permitir o restringir el paso de elementos como señales o tensión eléctrica, a esta propiedad se le conoce como semiconducción. Hoy nos adentraremos en la ciencia detrás de los semiconductores.

Infografía Cendit

¿Qué es un semiconductor?

Un semiconductor es un material que puede o no ser conductor de electricidad, esta facultad dependerá directamente de ciertas condiciones como el campo eléctrico, la radiación o la temperatura del ambiente, que le atribuirán la capacidad de actuar como una resistencia o como un elemento conductor.

Infografía Cendit

¿Cómo funciona un material semiconductor?

Podemos imaginar que un semiconductor es como un interruptor que permite o no el paso de señales o energía según nuestras necesidades y esto solo es posible generando combinaciones con otros materiales y controlando los factores que inciden directamente en su comportamiento.

Esta estructura uniforme, compuesta por átomos unidos pueden encontrarse en estado puro (intrínsecos) o combinado (extrínsecos) el principio fundamental que les caracteriza es la cantidad de electrones de valencia que constituyen sus átomos, éstos electrones se ubican en las órbitas más alejadas del núcleo y son capaces de cambiar de órbita o nivel si se les transfiere un poco de energía, esto los moverá a la banda de conducción.

Los átomos de cualquier elemento o material están constituidos por un núcleo que contiene protones (partículas con carga positiva) y neutrones (partículas sin carga), sobre los cuales se encuentran orbitando los electrones. En las últimas órbitas se encuentran los electrones de valencia, cuyos niveles de energía se asocian a la banda que lleva el mismo nombre y ellos son directamente influenciados por la presencia de otros átomos.

El silicio es un semiconductor muy utilizado, su estructura atómica posee cuatro electrones de valencia, si es combinado con un material cuyo número de electrones es mayor implicará que uno nuestros electrones de valencia quede sin combinarse, en este punto se habla de un enlace iónico positivo, dando como resultado la creación de un material tipo N, es decir con un electrón de exceso.

En caso contrario siendo el átomo de silicio combinado con un material cuyo número de electrones es menor, este material toma un electrón de otro átomo de su mismo material, lo que generará un enlace iónico negativo dando como resultado la creación de un material tipo P, es decir con un hueco. La carga de exceso determinará su tipo de material.

Infografía Cendit

¿Para qué sirven los materiales tipo N y tipo P?

Son esenciales para formar elementos necesarios en la electrónica , un ejemplo es el diodo de unión, este es el resultado de la combinación de un material N y un material P, ellos generan corrientes de difusión y corrientes de conducción característicos del diodo, cuyos iones más las cargas positivas y negativas de sus átomos definen el comportamiento de esos componentes electrónicos. Acciones como hacia donde debe dirigirse la corriente, que sucede cuando se le aplica potencial eléctrico, y a partir de que potencial el diodo empieza a conducir corriente (voltaje umbral), son elementos definidos por los semiconductores.

Por:

Héctor Nuñez – Director de Desarrollo e Investigación de la Fundación Cendit

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