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

circuito integrado eléctrico semiconductor de silicio
El semiconductor más utilizado es el silicio.

¿Qué es un semiconductor?

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

Los semiconductores están compuestos por elementos químicos muy variados, que en realidad provienen de regiones distintas de la tabla periódica, pero que comparten ciertos rasgos químicos (generalmente tetravalentes) que les dan sus propiedades eléctricas particulares. actualmente el semiconductor más utilizado es el silicio (Si), particularmente en la industria de la electrónica y la informática.

Junto con los materiales aislantes, los semiconductores han sido descubierto 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 famoso físico alemán Georg Simon Ohm (1789-1854).

Además: Propiedades de la materia

Aplicaciones de semiconductores

Los semiconductores son particularmente útil en la industria electrónica, porque permiten impulsar y modular la corriente eléctrica según los modelos necesarios. Por esta razón, es habitual que se utilicen 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 diferentes, dependiendo de su respuesta al entorno físico en el que se encuentran:

Semiconductores intrínsecos

Consisten en un solo tipo de átomos, dispuestos en moléculas tetraédricas (es decir, otros, cuatro átomos con una valencia de 4) y sus átomos conectados por enlaces covalentes.

Esta configuración química impide el libre movimiento de electrones alrededor de la molécula, excepto ante un aumento de la temperatura: entonces los electrones toman parte de la energía disponible y "saltan", dejando un espacio libre que resulta en una carga positiva, que a su vez atraerá nuevos electrones. Este proceso se llama recombinación y la cantidad de calor requerido depende del elemento químico involucrado.

Semiconductores extrínsecos

Estos materiales permitir un proceso de dopaje, es decir, permiten incluir en su configuración atómica una especie de impurezas. Según estas impurezas, que pueden serpentvalente o trivalente, los materiales semiconductores se dividen en dos:

  • Semiconductores extrínsecos de tipo N (donantes). En este tipo de material, los electrones son más numerosos que los agujeros o portadores de carga libre ("espacios" de carga positiva). Cuando se aplica una diferencia de potencial al material, los electrones libres se mueven a la izquierda del material y los agujeros a la derecha. Cuando los agujeros llegan al extremo derecho, los electrones del circuito externo entran en el semiconductor y se produce la transmisión de la corriente eléctrica.
  • Semiconductores extrínsecos de tipo P (aceptores). En estos materiales, la impureza añadida, en lugar de aumentar los electrones disponibles, aumenta las brechas Así, hablamos de material de aceptación añadido, porque hay más demanda de electrones que disponibilidad y cada "espacio" libre donde debe ir un electrón sirve para facilitar el paso de la corriente.

Ejemplos de materiales semiconductores

amplificador eléctrico semiconductor
Los semiconductores sirven como moduladores de la transmisión eléctrica.

Los semiconductores más comunes y ampliamente utilizados en la industria son:

  • Silicio (Si)
  • Germanio (Ge), a menudo hecho de aleaciones de silicio
  • Arseniuro de Galio (GaAs)
  • azufre
  • oxígeno
  • cadmio
  • selenio
  • indio
  • O sustancias químicas 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 siempre están dispuestos a transmitir electricidad, debido a la configuración electrónica de sus átomos. Esta conductividad puede oscilar y verse afectada en cierta medida por el estado físico del medio ambiente ya que la conductividad eléctrica no es absoluta.

La gran mayoría de los metales (hierro, mercurio, cobre, aluminio, etc.) y el agua son ejemplos de materiales conductores.

Materiales aislantes

Por último, los materiales aislantes son los que se resisten a la conducción eléctrica, es para otros que impiden el paso de electrones y por lo tanto son útiles para protegerse de la electricidad, para evitar que un curso libre continúe o que se produzcan cortocircuitos. Los aislantes tampoco aíslan al cien por cien de manera eficiente, tienen un límite (tensión de rotura) en el que la energía es tan intensa que no pueden mantener su estado de aislamiento y por lo tanto transmitir corriente eléctrica, al menos hasta cierto punto.

Los materiales aislantes son el plástico, la cerámica, el vidrio, la madera y el papel.

Más información sobre: Aislamiento eléctrico

Referencias: