Video de Introducción a los semiconductores
El cobre es un buen ejemplo de material conductor por su estructura atómica que se puede apreciar en la figura:
Está compuesto por 29 protones de carga positiva y 29 electrones de carga negativa, por lo que lo convierte en una carga neutra.
Los electrones se encuentran en orbitas estables debido a que están en un punto donde coinciden la fuerza de atracción hacia el núcleo y la fuerza centrifuga que lo lleva hacia afuera. Esto debido a que el núcleo está girando.
Mientras más lejos está el electrón menor va a ser la fuerza de atracción y la fuerza centrífuga respecto al núcleo.
Para el estudio de la electrónica nos interesan específicamente las propiedades del electrón que se encuentra más lejos y que se le llama electrón de valencia. Si quitamos este electrón, tendría 29 cargas positivas de los protones y 28 cargas negativas de los electrones, por lo que su carga seria +1.
Debido a que la fuerza de atracción de este último electrón es muy débil puede fácilmente desprenderse de su órbita, a este electrón se le llama ELECTRON LIBRE y es la característica de los materiales conductores, porque permiten el movimiento de electrones a través de su estructura atómica. Otros ejemplos de materiales conductores son la plata y el oro.
¿ Porqué los electrones no se pegan al núcleo por efecto de la fuerza de atracción?
Los electrones no se pegan al núcleo porque al rotar éste, se neutraliza la fuerza de atracción y la fuerza centrífuga que lo lleva hacia afuera. En esta posición se mantiene estable.
Un ejemplo es el sistema planetario solar, el sol rota sobre su eje y los planetas están en orbitas estables. En esta orbitas estables se neutraliza la fuerza de atracción hacia el sol con la fuerza centrífuga.
Semiconductores
Un conductor tiene 1 electrón de valencia en sus átomos y un aislante tiene 8 electrones de valencia en sus átomos. Un material semiconductor está en una posición intermedia y cuenta con 4 electrones de valencia en su última orbita. Los mejores materiales semiconductores son el Germanio y el Silicio.
Entonces, se podría decir que los semiconductores en la electrónica se usan como un tipo de resistores cuyo valor de resistencia es controlado por el voltaje aplicado. Es decir, los átomos de silicio se pueden dopar con otros átomos para que al aplicar un voltaje menor a 0.7 voltios se comporte como una resistencia de alto valor y al sobrepasar los 0.7 voltios se comporte como una resistencia de muy bajo valor. Además si se le aplica el voltaje en un sentido tenga alta resistencia y en sentido contrario baja resistencia.
Cuando se iniciaba el desarrollo de la electrónica se empezó haciendo pruebas con el germanio pero presentaba un problema al tener una excesiva corriente inversa. Estudios posteriores con el Silicio se logró corregir este problema para utilizarlo en los diodos, transistores, circuitos integrados y chips, los cuales son ahora tan conocidos.
Diccionario electrónico
¿Qué es la Barrera?
El término "barrera" se utiliza comúnmente para describir una diferencia de potencial eléctrico que impide o regula el flujo de carga (electrones o huecos) a través de una interfaz o una región específica en un dispositivo semiconductor. Las barreras juegan un papel fundamental en la operación de diversos dispositivos electrónicos y semiconductores, y pueden ser de varios tipos según su función y efecto en el flujo de corriente eléctrica. Aquí tienes una explicación detallada sobre lo que es una barrera en los semiconductores:
Tipos de Barreras en Semiconductores:
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Barrera de Potencial (Potential Barrier): En un semiconductor, una barrera de potencial se forma cuando hay una diferencia de potencial eléctrico entre dos regiones. Esto puede ocurrir en una unión p-n (unión entre un semiconductor tipo p y uno tipo n) o en una interfaz entre un semiconductor y otro material, como una barrera Schottky (formada entre un semiconductor y un metal).
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Unión p-n: Cuando se forma una unión p-n, los electrones se difunden desde el lado n (exceso de electrones) hacia el lado p (déficit de electrones). Esto crea una región de carga positiva (huecos) en el lado p y una región de carga negativa (electrones) en el lado n. La diferencia de carga crea una barrera de potencial que debe superarse para que los electrones fluyan a través de la unión en una dirección específica, lo que permite el funcionamiento de dispositivos como diodos y transistores.
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Barrera Schottky: En una unión Schottky, la barrera se forma en la interfaz entre un semiconductor y un metal. La diferencia de trabajo de función entre el semiconductor y el metal crea una barrera que influye en el flujo de electrones entre los dos materiales. Esto se utiliza en dispositivos como diodos Schottky y transistores de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET).
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- Barrera de Energía (Energy Barrier): Además de las barreras de potencial, también existe el concepto de barreras de energía en los semiconductores. Estas barreras están relacionadas con la diferencia en la energía de los estados electrónicos entre dos regiones. La diferencia de energía puede dificultar el movimiento de electrones a través de la barrera, lo que afecta la conducción eléctrica.
Aplicaciones de las Barreras en Semiconductores:
Las barreras en semiconductores son fundamentales para el funcionamiento de una variedad de dispositivos electrónicos, como:
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Diodos: Los diodos se basan en la formación de una barrera de potencial en una unión p-n, que permite la rectificación del flujo de corriente eléctrica en una dirección.
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Transistores: Los transistores, especialmente los transistores de efecto de campo (FET), utilizan barreras para controlar el flujo de corriente y amplificar señales.
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Celdas Solares: Las celdas solares utilizan barreras de energía para separar y transportar cargas generadas por la luz.
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Diodos Schottky: Estos diodos utilizan la barrera Schottky entre un semiconductor y un metal para permitir un funcionamiento rápido y eficiente.
En resumen, en el contexto de los semiconductores, una barrera se refiere a una diferencia de potencial o energía que regula o afecta el flujo de carga eléctrica a través de una interfaz o región específica en un dispositivo semiconductor. Estas barreras son esenciales para el funcionamiento de muchos dispositivos electrónicos y desempeñan un papel crucial en la electrónica moderna.
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