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Los semiconductores son materiales que se encuentran a medio camino entre los conductores y los aislantes. Estos materiales tienen una resistencia eléctrica menor que los aislantes, pero mayor que los conductores. Los semiconductores son materiales muy valiosos en la electrónica moderna porque, gracias a esta resistencia intermedia, se pueden controlar fácilmente las corrientes eléctricas que los atraviesan. Los semiconductores, como su nombre lo indica, son materiales que en términos de conductividad se encuentran en un punto intermedio entre los aislantes y los conductores. Poseen una conductividad eléctrica moderada y pueden conducir corrientes eléctricas bajo ciertas condiciones, aunque no tan eficientemente como los conductores.
Emisión de luz
Cada material tiene sus propias ventajas y desventajas, y es importante seleccionar el material adecuado para un proyecto específico. La elección correcta de los materiales contribuirá a la funcionalidad eficiente y segura del proyecto. Electrones orbitan en niveles energéticos definidos, determinan configuración electrónica. Átomos formados por núcleo con protones (+) y neutrones (0), y electrones (-) en órbitas.
- Por ejemplo, si a un cristal de Si (valencia atómica de cuatro) le añadimos impureza donante con átomos de 5 electrones de valencia (como el fósforo, arsénico o antimonio), dicho átomo encajará sin mayores dificultades en la red cristalina del Si.
- Es importante tener presente que ningún aislamiento es perfecto (su resistencia no es infinita), de modo que cierta cantidad de electricidad fluye a lo largo del aislamiento a través de la tierra.
- En el cobre, los electrones de valencia están esencialmente libres y se repelen fuertemente unos a otros.
- La disposición esquemática de los átomos para un semiconductor de silicio podemos observarla en la figura, Las regiones sombreadas representan la carga positiva neta de los núcleos y los puntos negros son los electrones, menos unidos a los mismos.
- En la sociedad actual, los semiconductores son fundamentales en la fabricación de una gran cantidad de componentes electrónicos que utilizamos diariamente como diodos, transistores y circuitos integrados.
¿Qué es un Varistor? Estructura y aplicaciones
El aire, por ejemplo, es aislante a temperatura ambiente, pero bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia eléctrica relativamente bajas, puede convertirse en conductor. Sin embargo, no existen aislantes absolutos o perfectos, capaces de impedir por completo la corriente. Algunos son más eficientes que otros, pero siempre hay un mínimo margen de transmisión, de modo que si se incrementa la tensión de la corriente eléctrica lo suficiente, cualquier material aislante se convertirá en conductor y permitirá el flujo eléctrico. Los circuitos electrónicos se construyen sobre una lámina de material semiconductor y son fundamentales en la fabricación de todo tipo de dispositivos electrónicos. Para poder utilizarlos en dispositivos deben pasar por un proceso de dopado, que consiste en añadir una pequeña cantidad de átomos de otros elementos, como el antimonio, el arsénico o el fósforo, transformando los semiconductores intrínsecos en extrínsecos. Los materiales aislantes o no conductores, no tienen portadores libres para los electrones o los iones.
¿Qué es la teoría de bandas y cómo se relaciona con la conductividad de los materiales?
Los avances de la física cuántica condujeron a su vez a la invención del transistor en 1947,5 el circuito integrado en 1958 y el MOSFET (transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor) en 1959. En un aislante la corriente eléctrica no puede fluir, la mayoría de los sólidos no metálicos, se dice que son buenos aislantes, dado que presentan una extremadamente alta resistencia al flujo de las cargas a través suyo. La mayoría de los átomos tienen sus electrones fuertemente ligados al núcleo y son aislantes.
Energía para avanzar
Cuando dos átomos se ponen en contacto entre sí, esta condición es la que determina si habrá intercambio de electrones, que es lo que en el caso de que exista una corriente eléctrica produce el paso de la energía. En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor. De acuerdo con la teoría moderna de la materia (comprobada por resultados experimentales), los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas.
La principal diferencia entre los materiales conductores y los materiales aislantes es que los materiales conductores sirven para transmitir la electricidad, en cambio, los materiales aislantes se utilizan para no dejar pasar la electricidad. Por ejemplo, el cobre es el más utilizado por su bajo coste, mientras que el oro es más útil para aplicaciones que necesiten una gran durabilidad o resistencia, asimismo, el aluminio se usa para transmitir electricidad en redes de alta tensión porque es más ligero. El semiconductor más utilizado es el silicio, en la práctica comúnmente para aprender de diodos semiconductores se emplean diodos de Silicio, otros materiales semiconductores empleados son el Germanio y el Selenio. Después, el 1821, Georg Simon Ohm publica las leyes que llevan su nombre y que describen la proporcionalidad entre la corriente y el voltaje a un conductor y también es posible determinar la conductividad eléctrica de cualquier objeto. La conservación de la energía exige que estos eventos de recombinación, en los que un electrón pierde una cantidad de energía mayor que la brecha de banda, vayan acompañados de la emisión de energía térmica o de radiación, en ambos casos en forma de fotones).
Esto puede permitir que los electrones salten a la banda de conducción con menos energía, lo que aumenta la conductividad del material. Los conductores aislantes, también conocidos como aislantes eléctricos, son aquellos materiales que no permiten el paso de la corriente eléctrica debido a que los electrones de sus átomos están fuertemente unidos a sus núcleos, lo que no les permite desplazarse con facilidad. Los conductores tienen electrones libres en la última capa electrónica de sus átomos, lo cual hace que al aplicar una diferencia de potencial estos electrones comiencen a moverse en una dirección generando así una corriente eléctrica.
Los semiconductores tienen grandes factores de potencia termoeléctrica que los hacen útiles en los generadores termoeléctricos, así como altas figuras de mérito termoeléctricas que los hacen útiles en los refrigeradores termoeléctricos. Los semiconductores con alta conductividad térmica pueden utilizarse para disipar el calor y mejorar la gestión térmica de la electrónica. La principal diferencia entre los semiconductores intrínsecos y extrínsecos es su forma. Por ejemplo, los semiconductores intrínsecos son puros y están compuestos por un solo tipo de material.
Podemos variar la pureza de estas sustancias y usar esto para cambiar la conductividad del material a voluntad. De esta manera, podemos ajustar el material para que sea exactamente tan conductor como queremos que sea. A continuación puedes ver varios ejemplos de aislantes eléctricos junto con algunas de sus aplicaciones. En el interruptores y enchufes de diseño lugar donde se encontraba el electrón, queda un llamado electrón defectuoso o agujero. A diferencia de los metales, la conductividad aumenta con el incremento de la temperatura, hasta cierto punto. La temperatura, la presión, la radiación y los campos magnéticos pueden hacer que un semiconductor actúe como conductor o como aislante según el contexto.
Propiedades intensivas y extensivas de la materia
Análogamente en la zona p cada átomo de impureza aceptadora dejará un enlace sin completar, con lo que tienden a captar un electrón para satisfacer dicho enlace y, por tanto, tenderá a ceder un hueco. Para el llenado parcial en la parte superior de la banda de valencia, es útil introducir el concepto de agujero electrónico. Aunque los electrones de la banda de valencia están siempre en movimiento, una banda de valencia completamente llena es inerte, no conduce ninguna corriente. Si se saca un electrón de la banda de valencia, la trayectoria que normalmente habría seguido el electrón pierde ahora su carga. Para los fines de la corriente eléctrica, esta combinación de la banda de valencia completa, menos el electrón, puede convertirse en una imagen de una banda completamente vacía que contiene una partícula cargada positivamente que se mueve de la misma manera que el electrón. En los aparatos eléctricos también se utilizan diversos aislantes sólidos, líquidos y gas.
