Conductores Aislantes y Semiconductores

Los materiales Conductores son sustancias capaces de permitir un flujo de corriente o de cargas eléctricas  a través de ellos.

Los átomos que conforman a los conductores se caracterizan por tener muchos electrones libres, permitiendo aceptarlos o cederlos con gran facilidad por lo tanto son materiales que conducen la electricidad.

En esta categoría se encuentran todos los metales que en mayor o menor medida conducen  o permiten el paso de la corriente eléctrica.

En el estudio de  metales la estructura electrónica de estos se describe por bandas de energía estas constan de tres: banda de valencia, banda de conducción y banda prohibida los metales carecen de la banda prohibida por lo tanto hay libre transito de electrones.

Los materiales "aislantes"  también llamados dieléctricos son aquellos que a diferencia de los metales, no permiten el libre trafico de electrones periféricos, siendo sus átomos normalmente estables no permitiendo el flujo de corriente eléctrica a través de ellos.

Los átomos de los elementos aislantes poseen entre cinco y siete electrones fuertemente ligados a su ultima órbita, lo que les impide cederlos. esa característica los convierte en malos conductores de la electricidad , o no la conducen en absoluto. Ej: El vidrio, plástico, la madera, la porcelana y algunas resinas sintéticas.

Los semiconductores son materiales que pueden  comportarse como conductores o aislantes según una variedad de factores tales como el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, la temperatura del ambiente en el que se encuentre o la cantidad de impurezas presentes. Poseen características intermedias entre conductores y aislantes, por lo que no se les considera ni una cosa ni la otra.  elementos químicos como el Silicio, Germanio, Cadmio, Selenio son ejemplo de ellos.

Un semiconductor por ejemplo a temperatura del cero absoluto se comporta como aislante , pero mediante una aportación de energía esta condición puede cambiar, adquiriendo un comportamiento mas cercano al de los conductores.

¿Como es posible? a 0 °K no hay electrones libres y el semiconductor es un dieléctrico, a mayor temperatura algunos electrones adquieren suficiente energía para escapar de del enlace  y se convierten en electrones libres (pero dentro del solido cristalino) dejando un espacio hueco dentro de la red. A esto se le llama par electrón-hueco.

CLASES DE SEMICONDUCTORES

Intrínseco: Es un semiconductor puro, a temperatura ambiente se comporta como aislante por que solo tiene unos pocos electrones libres  y huecos, aunque se pueden presentar flujo de electrones la corriente resultante es cero dado que la energía térmica del ambiente normal solo produce electrones libres y huecos por pares.


Siendo n la concentración de electrones (cargas negativas) y p la concentración de huecos (cargas positivas) en un semiconductor intrínseco se cumple que ni= n=p siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor.

Extrínseco: si a un semiconductor intrínseco se le añade un porcentaje de impurezas es decir elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se convierte en extrínseco  y se dice que esta dopado.

Dopaje de semiconductores

Para aumentar la conductividad (que sea más conductor) de un SC (Semiconductor), se le suele dopar o añadir átomos de impurezas a un SC intrínseco, un SC dopado es un SC extrínseco.

Caso 1

Impurezas de valencia 5 (Arsénico, Antimonio, Fósforo). Tenemos un cristal de Silicio dopado con átomos de valencia 5.

Los átomo de valencia 5 tienen un electrón de más, así con una temperatura no muy elevada (a temperatura ambiente por ejemplo), el 5º electrón se hace electrón libre. Esto es, como solo se pueden tener 8 electrones en la órbita de valencia, el átomo pentavalente suelta un electrón que será libre.

Siguen dándose las reacciones anteriores. Si metemos 1000 átomos de impurezas tendremos 1000 electrones más los que se hagan libres por generación térmica (muy pocos).

A estas impurezas se les llama "Impurezas Donadoras". El número de electrones libres se llama n (electrones libres/m³).

Caso 2

Impurezas de valencia 3 (Aluminio, Boro, Galio). Tenemos un cristal de Silicio dopado con átomos de valencia 3.

Los átomo de valencia 3 tienen un electrón de menos, entonces como nos falta un electrón tenemos un hueco. Esto es,  ese átomo trivalente tiene 7 electrones en la orbita de valencia. Al átomo de valencia 3 se le llama "átomo trivalente" o "Aceptor".

A estas impurezas se les llama "Impurezas Aceptoras". Hay tantos huecos como impurezas de valencia 3 y sigue habiendo huecos de generación térmica (muy pocos). El número de huecos se llama p (huecos/m³)

Veamos el siguiente vídeo que lo explica mas ilustrativa mente.