Teoría de semiconductores: definición y fundamentos

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

La teoría de semiconductores es un campo fundamental en la física y la tecnología moderna. Los semiconductores son materiales que tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes. Estos materiales son esenciales en la fabricación de componentes electrónicos como diodos, transistores y circuitos integrados.

En esta presentación, se explorará la definición y los fundamentos de la teoría de semiconductores. Se discutirá la estructura atómica de los semiconductores y cómo esto afecta sus propiedades eléctricas. También se analizará la teoría de bandas y la forma en que los electrones se mueven a través de los semiconductores.

Finalmente, se discutirá la importancia de los semiconductores en la tecnología moderna y su papel en el desarrollo de la electrónica y la informática. Con una sólida comprensión de la teoría de semiconductores, los ingenieros y científicos pueden diseñar y fabricar dispositivos electrónicos cada vez más sofisticados y eficientes.

Indice de contenidos

Tipos de semiconductores

Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores (como los metales) y los aislantes (como el vidrio). Su particularidad radica en que su conductividad eléctrica puede ser controlada mediante la introducción de impurezas en su estructura cristalina. Estas impurezas se llaman dopantes y pueden ser de dos tipos:

Dopaje tipo P

En el dopaje tipo P, se introduce en el cristal un átomo que tiene un electrón menos en su capa de valencia que los átomos que forman el cristal. Este tipo de dopaje se realiza con elementos como el boro (B), el aluminio (Al) o el galio (Ga). Al introducir este tipo de impurezas, se crea una carencia de electrones en la estructura cristalina, lo que se llama un hueco. Así, el material se carga positivamente, y se llama semiconductor tipo P.

Dopaje tipo N

En el dopaje tipo N, se introduce en el cristal un átomo que tiene un electrón más en su capa de valencia que los átomos que forman el cristal. Este tipo de dopaje se realiza con elementos como el fósforo (P), el arsénico (As) o el antimonio (Sb). Al introducir este tipo de impurezas, se crea un exceso de electrones en la estructura cristalina. Así, el material se carga negativamente, y se llama semiconductor tipo N.

Estos dos tipos de dopaje permiten crear diferentes estructuras cristalinas con distintas propiedades eléctricas. Por ejemplo, al unir un material tipo P con uno tipo N se forma una unión PN, que es la base de los diodos y transistores. También se pueden utilizar otros tipos de materiales semiconductores, como el silicio (Si) o el germanio (Ge), para crear dispositivos electrónicos.

Estas impurezas permiten controlar la conductividad eléctrica del material y crear diferentes estructuras cristalinas con distintas propiedades. Estos materiales son la base de la electrónica moderna y se utilizan para crear dispositivos como diodos, transistores, microprocesadores y paneles solares.

Propiedades de los semiconductores

Los semiconductores son materiales que tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes. Estas propiedades se deben a su estructura atómica y molecular, que les permite conducir electricidad en ciertas condiciones.

1. Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica de los semiconductores es intermedia entre la de los conductores y los aislantes. Esto se debe a que los átomos de los semiconductores tienen un número de electrones en su última capa que les permite formar enlaces covalentes, pero no tienen suficientes electrones para conducir electricidad como los metales.

2. Gap de energía

Los semiconductores tienen un gap de energía o banda prohibida entre su banda de valencia y su banda de conducción. Este gap de energía es menor que el de los aislantes y mayor que el de los conductores. Cuando se aplica un campo eléctrico o se aumenta la temperatura, algunos electrones pueden saltar de la banda de valencia a la banda de conducción, lo que permite la conducción eléctrica.

3. Dopaje

Los semiconductores pueden ser dopados para cambiar su conductividad eléctrica. El dopaje consiste en introducir impurezas o átomos diferentes en el material semiconductor para crear defectos en la estructura cristalina. Estos defectos pueden crear electrones o huecos libres en la banda de conducción o en la banda de valencia, lo que aumenta la conductividad eléctrica.

4. Sensibilidad a la temperatura

Los semiconductores son sensibles a la temperatura, ya que su conductividad eléctrica aumenta con la temperatura debido a la excitación térmica de los electrones. Esta sensibilidad se utiliza en dispositivos termistores, que se utilizan para medir la temperatura.

5. Fotovoltaismo

Los semiconductores tienen la propiedad de generar una corriente eléctrica cuando se exponen a la luz. Este fenómeno se conoce como efecto fotovoltaico y se utiliza en la fabricación de células solares para la generación de energía eléctrica.

6. Comportamiento eléctrico no lineal

Los semiconductores tienen un comportamiento eléctrico no lineal, lo que significa que su conductividad eléctrica no es proporcional a la intensidad del campo eléctrico aplicado. Esto se debe a que los electrones en la banda de conducción están sometidos a fuerzas externas, como la temperatura o el campo eléctrico, que pueden afectar su conductividad.

7. Movilidad de los electrones

La movilidad de los electrones en los semiconductores es menor que en los conductores, lo que significa que los electrones tienen una mayor resistencia al movimiento. Esto se debe a que los electrones en los semiconductores están sometidos a fuerzas externas, como la temperatura o el campo eléctrico, que pueden afectar su movimiento.

8. Efecto Hall

Los semiconductores tienen la propiedad de generar un campo magnético cuando se les aplica un campo eléctrico. Este fenómeno se conoce como efecto Hall y se utiliza en la fabricación de sensores de campo magnético.

Aplicaciones de los semiconductores

Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes. Esto les da una gran variedad de aplicaciones en la electrónica y otras áreas de la tecnología moderna. Algunas de las aplicaciones más comunes de los semiconductores son:

1. Dispositivos electrónicos

Los semiconductores se utilizan ampliamente en la producción de dispositivos electrónicos, como transistores, diodos y circuitos integrados. Estos dispositivos se utilizan en una gran cantidad de productos electrónicos, desde teléfonos móviles hasta sistemas de navegación de aeronaves.

2. Energía solar

Los semiconductores también son utilizados en la producción de células solares, que convierten la energía solar en electricidad. Estas células solares se utilizan en paneles solares para la generación de energía limpia y renovable.

3. Iluminación LED

Los semiconductores también se utilizan en la producción de diodos emisores de luz (LED), que son una alternativa más eficiente a las bombillas incandescentes tradicionales. Los LED se utilizan en una gran cantidad de aplicaciones, desde la iluminación de hogares y edificios hasta la iluminación de pantallas de televisores y monitores de computadoras.

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4. Electrónica de potencia

Los semiconductores también tienen aplicaciones en la electrónica de potencia, que se ocupa del control y la conversión de energía eléctrica. Los dispositivos semiconductores, como los tiristores y los diodos rectificadores, se utilizan en la regulación de la energía eléctrica en una gran cantidad de aplicaciones, desde los sistemas de alimentación eléctrica de los hogares hasta los motores de los automóviles.

5. Electrónica de comunicaciones

Los semiconductores también se utilizan en la electrónica de comunicaciones, como los amplificadores de señal y los mezcladores de frecuencia. Estos dispositivos se utilizan en la producción de radios, televisores y sistemas de comunicaciones inalámbricas, como los teléfonos móviles.

Estos materiales son esenciales para el funcionamiento de muchos de los productos y servicios que utilizamos en nuestra vida diaria.

Conceptos básicos de la teoría de los semiconductores

La teoría de los semiconductores es una rama de la física que se encarga de estudiar las propiedades y comportamientos de los materiales semiconductores. Estos son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes. Algunos de los conceptos básicos de la teoría de los semiconductores son:

Banda de valencia y banda de conducción

Los electrones en un material sólido están distribuidos en diferentes bandas energéticas. La banda de valencia es la banda de energía más baja y contiene los electrones que están más fuertemente unidos a los átomos del material. La banda de conducción es la banda de energía más alta y contiene los electrones que tienen la mayor cantidad de energía y, por lo tanto, pueden moverse más libremente por el material.

Gap de energía

El gap de energía es la energía necesaria para que un electrón salte de la banda de valencia a la banda de conducción. En los materiales aislantes, el gap de energía es grande, lo que significa que los electrones no pueden saltar fácilmente de la banda de valencia a la banda de conducción. En los conductores, no hay gap de energía, lo que significa que los electrones pueden moverse libremente entre las bandas. En los semiconductores, el gap de energía es pequeño, lo que significa que los electrones pueden saltar a la banda de conducción con cierta facilidad, especialmente a altas temperaturas.

Dopaje

El dopaje es el proceso mediante el cual se introducen impurezas en el material semiconductor para modificar sus propiedades eléctricas. Los materiales dopantes más comunes son el boro y el fósforo. El boro es un dopante tipo p, lo que significa que introduce huecos en la banda de valencia, mientras que el fósforo es un dopante tipo n, lo que significa que introduce electrones adicionales en la banda de conducción. El dopaje es importante en la fabricación de dispositivos semiconductores como los diodos y los transistores.

Portadores de carga

Los portadores de carga son los electrones y los huecos que se mueven a través del material semiconductor. En un material tipo n, los portadores de carga son electrones, mientras que en un material tipo p, son huecos. Los portadores de carga tienen una carga eléctrica negativa o positiva y se mueven cuando se aplica una diferencia de potencial eléctrico a través del material.

La banda de valencia y la banda de conducción, el gap de energía, el dopaje y los portadores de carga son algunos de los conceptos básicos que se deben entender para poder comprender los semiconductores en profundidad.

Efectos de temperatura en los semiconductores

Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes. Su comportamiento eléctrico puede verse afectado por varios factores, uno de los cuales es la temperatura. A continuación, se explicarán algunos de los efectos de la temperatura en los semiconductores.

Efecto de la temperatura en la densidad de portadores

La densidad de portadores en un semiconductor (ya sean electrones o huecos) está relacionada con la temperatura. A medida que la temperatura aumenta, la densidad de portadores también aumenta. Esto se debe a que la temperatura afecta la energía térmica de los electrones, permitiendo que más electrones se liberen de los átomos y se conviertan en portadores.

«La población de portadores en un semiconductor aumenta con la temperatura porque los electrones térmicos proporcionan un número creciente de portadores libres a medida que la temperatura aumenta.»

Efecto de la temperatura en la movilidad de los portadores

La movilidad de los portadores en un semiconductor también se ve afectada por la temperatura. La movilidad es la capacidad de los portadores para moverse en respuesta a un campo eléctrico. A medida que la temperatura aumenta, la movilidad de los portadores disminuye. Esto se debe a que la temperatura aumenta la cantidad de colisiones que ocurren entre los portadores y los átomos del semiconductor, lo que dificulta su movimiento.

«La movilidad de los portadores disminuye con la temperatura debido a que el aumento en la energía térmica aumenta las colisiones con los átomos del semiconductor, lo que dificulta el movimiento de los portadores.»

Efecto de la temperatura en la conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica de un semiconductor está relacionada con la densidad de portadores y la movilidad de los mismos. A medida que la temperatura aumenta, la densidad de portadores aumenta pero la movilidad disminuye, lo que resulta en un efecto contradictorio en la conductividad eléctrica. En general, la conductividad eléctrica de un semiconductor aumenta con la temperatura.

«La conductividad eléctrica de un semiconductor aumenta con la temperatura debido al aumento en la densidad de portadores, aunque la movilidad de los portadores disminuye.»

Efecto de la temperatura en la banda prohibida

La banda prohibida es la energía requerida para que un electrón salte de la banda de valencia a la banda de conducción, lo que permite la conducción eléctrica. La temperatura también afecta la banda prohibida de un semiconductor. A medida que la temperatura aumenta, la banda prohibida disminuye. Esto se debe a que la temperatura aumenta la energía térmica de los electrones, lo que les permite saltar más fácilmente de la banda de valencia a la banda de conducción.

«La banda prohibida de un semiconductor disminuye con la temperatura debido al aumento en la energía térmica de los electrones, lo que les permite saltar más fácilmente de la banda de valencia a la banda de conducción.»

Efecto de la temperatura en la generación y recombinación de portadores

La generación y recombinación de portadores en un semiconductor también se ve afectada por la temperatura. La generación es la creación de portadores libres a partir de electrones de la banda de valencia, mientras que la recombinación es la eliminación de portadores libres por la combinación de electrones y huecos. A medida que la temperatura aumenta, la generación de portadores aumenta y la recombinación disminuye. Esto se debe a que la temperatura aumenta la energía térmica de los electrones, lo que aumenta la probabilidad de que se creen portadores libres y disminuye la probabilidad de que se recombinen.

«La generación de portadores aumenta y la recombinación disminuye con la temperatura debido al aumento en la energía térmica de los electrones, lo que aumenta la probabilidad de que se creen portadores libres y disminuye la probabilidad de que se recombinen.»

Es importante tener en cuenta estos efectos al diseñar y utilizar dispositivos semiconductores.

Diferencias entre semiconductores y materiales aislantes

Los semiconductores y los materiales aislantes son dos tipos de materiales que se utilizan en la fabricación de dispositivos electrónicos. Aunque ambos son materiales sólidos y no conductores de electricidad, presentan algunas diferencias importantes en sus propiedades y comportamiento.

Conductividad

La principal diferencia entre los semiconductores y los materiales aislantes es su capacidad para conducir la electricidad. Los semiconductores tienen una conductividad intermedia entre los materiales aislantes y los conductores. Esto significa que pueden conducir la electricidad en ciertas condiciones, como cuando se les aplica un voltaje o se les expone a la luz. Ejemplos de semiconductores son el silicio y el germanio.

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Por otro lado, los materiales aislantes tienen una conductividad muy baja o nula. Esto significa que no conducen la electricidad en ninguna condición. Ejemplos de materiales aislantes son el vidrio, la cerámica y el plástico.

Bandas de energía

Otra diferencia importante entre los semiconductores y los materiales aislantes es la estructura de sus bandas de energía. En un material sólido, los electrones se encuentran en diferentes niveles de energía, organizados en bandas. La banda de valencia es la banda de energía más baja que contiene electrones, mientras que la banda de conducción es la banda de energía más alta que no contiene electrones.

En los semiconductores, la banda de conducción está separada de la banda de valencia por una brecha de energía relativamente pequeña, llamada brecha de energía prohibida. Esta brecha es lo que permite a los semiconductores conducir la electricidad en ciertas condiciones. Cuando se les aplica un voltaje o se les expone a la luz, los electrones en la banda de valencia pueden saltar a la banda de conducción, creando corriente eléctrica.

En los materiales aislantes, la brecha de energía prohibida es mucho más grande que en los semiconductores. Esto significa que se requiere mucha más energía para que los electrones salten de la banda de valencia a la banda de conducción. Como resultado, los materiales aislantes no pueden conducir la electricidad.

Otros factores

Además de las diferencias en la conductividad y la estructura de bandas de energía, existen otras diferencias entre los semiconductores y los materiales aislantes:

  • Los semiconductores son más sensibles a los cambios de temperatura y luz que los materiales aislantes.
  • Los semiconductores son más utilizados en la fabricación de dispositivos electrónicos, como transistores y diodos, mientras que los materiales aislantes se utilizan más en la construcción y aislamiento de edificios y estructuras.

Conclusión

Los semiconductores tienen una conductividad intermedia y una brecha de energía prohibida relativamente pequeña, lo que les permite conducir la electricidad en ciertas condiciones. Los materiales aislantes, por otro lado, tienen una conductividad muy baja o nula y una brecha de energía prohibida mucho más grande que los semiconductores.

Conceptos de banda de energía en los semiconductores

La banda de energía en los semiconductores es un concepto fundamental en la teoría de semiconductores. Es necesario entender la estructura de la banda de energía para comprender cómo los semiconductores conducen la electricidad.

La banda de energía se refiere a la disposición de los niveles de energía de los electrones en un semiconductor. Hay dos bandas de energía importantes en un semiconductor:

  • Banda de valencia: Esta banda contiene los electrones que están fuertemente unidos al átomo. Los electrones en esta banda no pueden conducir la electricidad.
  • Banda de conducción: Esta banda contiene los electrones que están débilmente unidos al átomo. Los electrones en esta banda pueden conducir la electricidad.

La banda de valencia y la banda de conducción están separadas por una brecha de energía llamada banda prohibida o gap. Esta brecha es muy importante porque determina si un semiconductor es conductor o aislante.

Si la brecha de energía es pequeña, algunos electrones pueden saltar de la banda de valencia a la banda de conducción y conducir la electricidad. Esto hace que el semiconductor sea un semiconductor intrínseco. Ejemplos de semiconductores intrínsecos son el silicio y el germanio.

Si la brecha de energía es grande, los electrones no pueden saltar de la banda de valencia a la banda de conducción y el semiconductor no puede conducir la electricidad. Esto lo convierte en un semiconductor aislante. Un ejemplo de semiconductor aislante es el diamante.

Los semiconductores también pueden ser dopados, lo que significa que se agregan impurezas al material para cambiar su comportamiento eléctrico. Cuando se dopa un semiconductor, se agregan electrones o huecos a la banda de conducción o a la banda de valencia. Esto hace que el semiconductor sea un semiconductor extrínseco.

La banda de valencia y la banda de conducción están separadas por una brecha de energía que determina si el semiconductor es conductor, aislante o dopado. La comprensión de la banda de energía es esencial para la ingeniería de dispositivos electrónicos basados en semiconductores.

Conceptos de banda de energía en los semiconductores

La banda de energía en los semiconductores es un concepto fundamental en la teoría de semiconductores. Es necesario entender la estructura de la banda de energía para comprender cómo los semiconductores conducen la electricidad.

La banda de energía se refiere a la disposición de los niveles de energía de los electrones en un semiconductor. Hay dos bandas de energía importantes en un semiconductor:

  • Banda de valencia: Esta banda contiene los electrones que están fuertemente unidos al átomo. Los electrones en esta banda no pueden conducir la electricidad.
  • Banda de conducción: Esta banda contiene los electrones que están débilmente unidos al átomo. Los electrones en esta banda pueden conducir la electricidad.

La banda de valencia y la banda de conducción están separadas por una brecha de energía llamada banda prohibida o gap. Esta brecha es muy importante porque determina si un semiconductor es conductor o aislante.

Si la brecha de energía es pequeña, algunos electrones pueden saltar de la banda de valencia a la banda de conducción y conducir la electricidad. Esto hace que el semiconductor sea un semiconductor intrínseco. Ejemplos de semiconductores intrínsecos son el silicio y el germanio.

Si la brecha de energía es grande, los electrones no pueden saltar de la banda de valencia a la banda de conducción y el semiconductor no puede conducir la electricidad. Esto lo convierte en un semiconductor aislante. Un ejemplo de semiconductor aislante es el diamante.

Los semiconductores también pueden ser dopados, lo que significa que se agregan impurezas al material para cambiar su comportamiento eléctrico. Cuando se dopa un semiconductor, se agregan electrones o huecos a la banda de conducción o a la banda de valencia. Esto hace que el semiconductor sea un semiconductor extrínseco.

La banda de valencia y la banda de conducción están separadas por una brecha de energía que determina si el semiconductor es conductor, aislante o dopado. La comprensión de la banda de energía es esencial para la ingeniería de dispositivos electrónicos basados en semiconductores.

Dispositivos semiconductores

Los dispositivos semiconductores son componentes electrónicos que se basan en la teoría de semiconductores para su funcionamiento. Estos dispositivos son muy importantes en la electrónica moderna y se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde la electrónica de consumo hasta la industria aeroespacial.

¿Qué son los semiconductores?

Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre la de los conductores y los aislantes. Esto significa que los semiconductores pueden conducir electricidad, pero no de la misma manera que los conductores metálicos.

Los semiconductores tienen una banda de energía prohibida, que es la energía necesaria para que un electrón salte de la banda de valencia a la banda de conducción. En los conductores, la banda de energía prohibida es muy pequeña o inexistente, lo que permite que los electrones se muevan libremente. En los aislantes, la banda de energía prohibida es muy grande, lo que hace que la conductividad eléctrica sea muy baja.

¿Cómo funcionan los dispositivos semiconductores?

Los dispositivos semiconductores se basan en el control y manipulación de los electrones en los semiconductores. Los dispositivos semiconductores más comunes son los diodos, los transistores y los circuitos integrados.

Diodos

Los diodos son dispositivos que permiten el flujo de corriente eléctrica en una dirección y la bloquean en la dirección opuesta. Esto se debe a que los diodos están formados por dos regiones de semiconductores con diferentes tipos de dopaje: una región tipo p y una región tipo n. La unión entre estas dos regiones se llama unión PN y es la responsable del comportamiento unidireccional del diodo.

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Transistores

Los transistores son dispositivos que permiten el control de la corriente eléctrica mediante una señal de entrada. Los transistores están formados por tres regiones de semiconductores con diferentes tipos de dopaje: una región tipo p, una región tipo n y una región tipo p o n. Las tres regiones se llaman emisor, base y colector, respectivamente. El comportamiento del transistor se basa en la modulación de la corriente eléctrica entre el emisor y el colector mediante la corriente que fluye a través de la base.

Circuitos integrados

Los circuitos integrados son dispositivos que contienen una gran cantidad de componentes electrónicos en una pequeña cantidad de espacio. Los circuitos integrados están formados por una placa de silicio en la que se han fabricado capas de semiconductores con diferentes tipos de dopaje. Estas capas se han interconectado mediante metalización para formar los componentes electrónicos y los circuitos necesarios.

Conclusión

Los dispositivos semiconductores son una parte esencial de la electrónica moderna y su funcionamiento se basa en la teoría de semiconductores. Los diodos, los transistores y los circuitos integrados son algunos de los dispositivos semiconductores más comunes y se utilizan en una gran variedad de aplicaciones electrónicas.

Modelos de comportamiento electrónico de los semiconductores

La teoría de semiconductores se enfoca en el estudio de materiales que tienen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Los semiconductores son esenciales para la tecnología moderna, ya que se utilizan en la fabricación de dispositivos electrónicos como transistores, diodos y circuitos integrados.

En cuanto a los modelos de comportamiento electrónico de los semiconductores, existen varios que ayudan a entender su funcionamiento:

Modelo de banda de valencia y banda de conducción

Este modelo describe la estructura de los átomos en el material semiconductor y cómo interactúan los electrones en él. La banda de valencia es la banda de energía más baja que contiene los electrones más cercanos al núcleo del átomo. La banda de conducción es la banda de energía más alta que contiene los electrones libres que pueden moverse a través del material. La brecha entre estas dos bandas se llama banda prohibida y es lo que determina si un material es un conductor, un semiconductor o un aislante.

Modelo de huecos

Este modelo describe la conductividad de los semiconductores en términos de huecos en la banda de valencia. Un hueco es una falta de electrón en la banda de valencia que puede tratarse como una partícula cargada positivamente. Los huecos pueden moverse a través del material y contribuir a la conductividad.

Modelo de masa efectiva

Este modelo describe la forma en que los electrones se mueven a través del material semiconductor. Los electrones en un semiconductor se mueven como si tuvieran una masa diferente a la masa real del electrón. Esta masa efectiva depende de la estructura cristalina del material y de la energía del electrón.

Estos modelos son fundamentales para la fabricación de dispositivos electrónicos y para la investigación en el campo de la tecnología de semiconductores.

Fabricación de dispositivos semiconductores

La fabricación de dispositivos semiconductores es un proceso complejo que implica varias etapas y técnicas especializadas. Estos dispositivos son fundamentales para la electrónica moderna y son utilizados en una gran cantidad de aplicaciones, desde computadoras y teléfonos móviles hasta sistemas de energía renovable y dispositivos médicos.

1. Obtención del material

El material básico para la fabricación de dispositivos semiconductores es el silicio, que es un elemento muy abundante en la corteza terrestre. El silicio es extraído de la arena de cuarzo y procesado para obtener lingotes de alta pureza.

2. Dopaje

El silicio puro es un mal conductor de la electricidad, por lo que se necesita doparlo con otros elementos para darle propiedades semiconductoras. El dopaje se realiza mediante la introducción controlada de impurezas en el cristal, utilizando técnicas como la difusión o la implantación iónica.

Existen dos tipos de dopaje:

  • Dopaje tipo N: se introduce impurezas como el fósforo o el arsénico, que tienen un electrón más en su capa externa que el silicio. Estos electrones adicionales se convierten en portadores de carga negativa (electrones libres) que aumentan la conductividad del material.
  • Dopaje tipo P: se introduce impurezas como el boro o el aluminio, que tienen un electrón menos en su capa externa que el silicio. Esto crea «huecos» en la estructura cristalina que actúan como portadores de carga positiva (huecos libres) y aumentan la conductividad.

3. Fotolitografía

Una vez dopado el material, se utiliza la fotolitografía para crear patrones en la superficie del cristal. Este proceso consiste en:

  1. Aplicar una capa de material fotosensible (fotorresist) sobre el cristal.
  2. Exponer la capa fotosensible a una luz ultravioleta a través de una máscara que contiene el patrón deseado.
  3. Desarrollar la capa fotosensible para eliminar la parte expuesta y dejar al descubierto el material del cristal.
  4. Aplicar una capa de metal o polímero sobre el patrón para crear contactos eléctricos.

4. Fabricación del dispositivo

Una vez que se han creado los patrones necesarios, se pueden comenzar a fabricar los dispositivos semiconductores. Esto incluye la creación de capas adicionales de material y la adición de contactos, terminales y circuitos integrados.

Algunos ejemplos de dispositivos semiconductores son:

  • Transistores: utilizados para amplificar o conmutar señales eléctricas.
  • Diodos: utilizados para rectificar corriente eléctrica.
  • Células solares: utilizadas para convertir energía solar en electricidad.
  • Microprocesadores: utilizados en computadoras y dispositivos móviles para procesar información.

La fabricación de dispositivos semiconductores es una de las áreas más importantes de la tecnología moderna y ha permitido el desarrollo de una gran cantidad de productos y servicios que utilizamos todos los días.

En resumen, la teoría de semiconductores es fundamental para comprender el comportamiento de los materiales que utilizamos en la electrónica moderna. Desde los primeros experimentos de conducción eléctrica en materiales semiconductores hasta las aplicaciones actuales en la fabricación de chips y dispositivos electrónicos, esta área de conocimiento ha evolucionado constantemente y sigue siendo objeto de investigación y desarrollo. Con una comprensión más profunda de los fundamentos de la teoría de semiconductores, los científicos e ingenieros pueden seguir mejorando la eficiencia y el rendimiento de los dispositivos electrónicos, lo que a su vez contribuirá a la innovación y el avance de la tecnología en el futuro.

En conclusión, la teoría de semiconductores es una rama importante de la física que estudia los materiales que tienen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Los fundamentos de esta teoría se basan en la estructura electrónica de los materiales, y se utilizan para entender y desarrollar dispositivos electrónicos como los transistores y los diodos. La comprensión de la teoría de semiconductores es esencial para el avance de la tecnología, y sigue siendo un área de investigación activa y en constante evolución.

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

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