Semiconductor de arseniuro de galio

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Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

Los semiconductores tienen una conductividad entre la de un conductor y el aislante .
Hay dos tipos de semiconductores:

  1. Cristal individual
  2. Compuesto.

El silicio, el germanio son monocristalinos. El arseniuro de galio (GaAs), el sulfuro de cadmio (CdS), el nitruro de galio (GaN) y el fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP) son semiconductores compuestos. Los semiconductores más utilizados son el silicio (Si), el germanio (Ge) y el arseniuro de galio (GaAs). En 1939 se descubrió el diodo . En 1947 se descubrió el transistor . El germanio fue el primer material semiconductor comercial y ampliamente utilizado. El germanio es fácil de encontrar, fácil de refinar y en gran parte disponible en la naturaleza. El germanio es muy sensible a los cambios de temperatura. Entonces, la confiabilidad del diodo de germanio es baja. Después del germanio, el silicio entra en el mercado como semiconductor.

El silicio es menos sensible a los cambios de temperatura que el germanio. Pero el proceso de refinado del silicio es mucho más complicado y caro que el del germanio. En 1954 salió al mercado el primer transistor de silicio. El silicio se convirtió en la opción más popular como semiconductor después de 1954. El transistor GaAs se introdujo por primera vez en el año de 1970. La velocidad de funcionamiento de un transistor GaAs es cinco veces mayor que la del transistor de silicio. GaAs es más difícil de refinar. El GaAs es más caro que el Si. Como la velocidad de funcionamiento es bastante alta en los dispositivos semiconductores de GaAs, a menudo se utiliza como material base del circuito VLSI (integrado a muy gran escala). Pero aún así, el silicio es el semiconductor más popular. El galio tiene 31 electrones. La configuración de electrones de Ga es,


configuración de electrones de galio
Por lo tanto, 2 electrones en la subcapa 4S y 1 electrón en la subcapa 4p. Eso significa que el galio tiene tres electrones en la órbita más externa, es decir, la cuarta órbita. Por tanto, el galio tiene tres electrones de valencia.

El arsénico tiene 33 electrones.
Configuración de electrones de As is

configuración de electrones del arsénico

Por lo tanto, 2 electrones en la subcapa 4S y 3 electrones en la subcapa 4p. Eso significa que el arsénico tiene 5 electrones en la capa más externa, es decir, la cuarta capa. Por tanto, el arsénico tiene cinco electrones de valencia.
La energía potencial requerida para eliminar estos electrones de valencia de sus átomos originales, bastante más pequeña que la de cualquier otro electrón interno, en la estructura atómica.
Dado que el GaAs es un compuesto, cada átomo de galio en la estructura está rodeado por átomos de arsénico y los átomos de galio rodean a cada átomo de arsénico en la estructura. Se comparten tres electrones de valencia de átomos de galio y cinco electrones de valencia de átomos de arsénico. De esta manera, cada uno de los átomos de arsénico y galio obtiene 8 electrones en su capa más externa.

Eso significa que hay enlaces covalentes entre los átomos de arsénico y galio, en un compuesto de arseniuro de galio . Aunque los enlaces covalentes son enlaces más fuertes, aún es posible romper los enlaces, si se suministra suficiente energía externamente. Debido a la ruptura de los enlaces covalentes entre el arsénico y el galio, los electrones salen de la estructura reticular de los compuestos de GaAs. Tan pronto como un electrón se separa del enlace covalente, deja una vacante en el enlace. Los electrones separados de los enlaces pueden moverse libremente en cualquier lugar de la red. Estos electrones libres de movimiento se denominan electrones libres. Las vacantes creadas en los bonos se denominan huecos. Tanto los electrones libres como los huecos se denominan portadores de carga gratuita. A temperatura ambiente, el número de portadores libres es 1,7 × 10 6aproximadamente. La concentración de portadores de carga libre , a temperatura ambiente, en un material semiconductor puro se denota como n i . Aquí, n denota el número de portadores de carga gratuita por unidad de volumen de la red de semiconductores y el sufijo ‘i’ utilizado para el término intrínseco. Significa semiconductor intrínseco, semiconductor absolutamente puro que significa que idealmente contiene cero impurezas.

La brecha de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción en GaAs es 1,43 eV. Entre los tres materiales semiconductores más populares se encuentran el silicio (Si), el germanio (Ga) y el arseniuro de galio (GaAs). GaAs tiene la brecha de energía más grande entre la banda de valencia y la banda de conducción.

Desde principios de 1990, el uso de GaAs está creciendo. Para la fabricación de circuitos integrados a muy gran escala , hoy en día se utilizan ampliamente los GaAs en lugar del silicio. Esto se debe a sus características de funcionamiento de muy alta velocidad, bajas corrientes de saturación inversa, excelente sensibilidad a la temperatura y altos voltajes de ruptura. Además, gracias a estas ventajas, el GaAs se usa ampliamente para diferentes aplicaciones optoelectrónicas, como diodos emisores de luz , células solares y otros dispositivos fotodetectores.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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