Semiconductor

La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s2p2.Los dispositivos semiconductores pueden presentar una serie de propiedades útiles, como pasar la corriente más fácilmente en una dirección que en otra, mostrar una resistencia variable y ser sensibles a la luz o al calor.La conductividad del silicio se aumenta añadiendo una pequeña cantidad (del orden de 1 a 108) de átomos pentavalentes (antimonio, fósforo o arsénico) o trivalentes (boro, galio, indio).Cuando un semiconductor dopado contiene huecos libres se denomina tipo p, y cuando contiene electrones libres se conoce como tipo n. Los materiales semiconductores utilizados en los dispositivos electrónicos se dopan en condiciones precisas para controlar la concentración y las regiones de los dopantes de tipo p y n. Un solo cristal de dispositivo semiconductor puede tener muchas regiones de tipo p y n; las uniones p-n entre estas regiones son las responsables del comportamiento electrónico útil.Poco tiempo después, más específicamente en 1907 Lee de Forest inventó el triodo, un dispositivo que no solo detectaba señales eléctricas, sino que también era capaz de amplificar señales tan solo añadiendo un tercer electrodo a la válvula.En esta teoría se aprecia que el uso de la mecánica cuántica resulta indispensable.En 1928 Vladimir Zworykin desarrolla un dispositivo capaz de transformar una imagen óptica en una corriente eléctrica: el iconoscopio.Esto introduce electrones y huecos en el sistema, que interactúan mediante un proceso llamado difusión ambipolar.Siempre que se altera el equilibrio térmico en un material semiconductor, cambia el número de huecos y electrones.En ciertos semiconductores, los electrones excitados pueden relajarse emitiendo luz en lugar de producir calor.Estos estados están asociados a la estructura de banda electrónica del material.Los metales son buenos conductores eléctricos y tienen muchos estados parcialmente llenos con energías cercanas a su nivel de Fermi.Algunos materiales semiconductores de banda ancha se denominan a veces semiinsuladores.Los electrones no permanecen indefinidamente debido a la recombinación térmica natural, pero pueden desplazarse durante algún tiempo.El número de pares electrón-hueco en el estado estacionario a una temperatura dada está determinado por la mecánica estadística cuántica.La probabilidad de encuentro se ve incrementada por las trampas de portadores, impurezas o dislocaciones que pueden atrapar un electrón o un agujero y retenerlo hasta que se complete el par.El proceso de añadir impurezas controladas a un semiconductor se conoce como dopaje.[16]​ Añadiendo impurezas a los semiconductores puros, la conductividad eléctrica puede variar en factores de miles o millones.En general, los dopantes que producen los cambios controlados deseados se clasifican como aceptantes o donantes.Todos los elementos del grupo III contienen tres electrones de valencia, por lo que funcionan como aceptores cuando se utilizan para dopar el silicio.Son los cristales de silicio o germanio que forma una estructura, tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad.[28]​ Cuando se añade el material dopante, aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor.Para ayudar a entender cómo se produce el dopaje tipo n considérese el caso del silicio.Nótese que cada electrón libre en el semiconductor nunca está lejos de un ion dopante positivo inmóvil, y el material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero.[28]​ Cuando se añade el material dopante libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor.Al formar una red cristalina, los iones positivos y negativos se interrelacionan haciendo imposible su recombinación.La pila mantiene el flujo de electrones, esta lo traslada por el circuito exterior circulando por el sentido eléctrico real.El comportamiento de la unión PN es asimétrica respecto a la conducción eléctrica; dependiendo del sentido de la conexión se comporta como un buen conductor (polarización directa) o un aislante (polarización inversa).[33]​ Desde el primer circuito integrado o chip, desarrollado en 1958 hasta la fecha, la evolución de estos dispositivos ha sido muy vertiginosa.La tecnología de chips 3D permite literalmente apilar circuitos integrados convencionales, e interconectarlos entre sí.