Semiconductor

Foto de cerca de un trozo de silicio purificado.

Un semiconductor es un material que en algunos casos conduce la electricidad, pero en otros no. Los buenos conductores eléctricos, como el cobre o la plata, permiten fácilmente que la electricidad fluya a través de ellos. Los materiales que bloquean el flujo de electricidad, como el caucho o el plástico, se denominan aislantes. Los aislantes se utilizan a menudo para proteger a las personas de las descargas eléctricas. Como su nombre indica, un semiconductor no conduce tan bien como un conductor. El silicio es el semiconductor más utilizado, pero también se usa el arseniuro de galio.

Mediante la adición de diferentes átomos en la red cristalina (rejilla) del semiconductor se cambia su conductividad haciendo semiconductores de tipo n y de tipo p. El silicio es el semiconductor comercial más importante, aunque se utilizan muchos otros. Se pueden convertir en transistores, que son pequeños amplificadores. Los transistores se utilizan en ordenadores, teléfonos móviles, reproductores de audio digital y muchos otros dispositivos electrónicos.

Al igual que otros sólidos, los electrones de los semiconductores sólo pueden tener energías dentro de ciertas bandas (es decir, rangos de niveles de energía) comprendidas entre la energía del estado fundamental, correspondiente a los electrones fuertemente ligados a los núcleos atómicos del material, y la energía del electrón libre, que es la energía necesaria para que un electrón escape completamente del material.

Historia

Los semiconductores ya se estudiaban en los laboratorios en la década de 1830. En 1833, Michael Faraday experimentaba con sulfuro de plata y descubrió que, al calentarse, el material conducía mejor la electricidad. Esto era lo contrario de lo que ocurría con el cobre. Cuando el cobre se calienta, conduce peor la electricidad. Otros experimentadores descubrieron otras propiedades de los semiconductores. En 1947, en los laboratorios Bell de Nueva Jersey, se inventó el transistor, que condujo al desarrollo de los circuitos integrados, que hoy en día alimentan casi todos los dispositivos electrónicos.

Componentes electrónicos basados en semiconductores. De izquierda a derecha: abajo un transistor, arriba: un circuito integrado y un LED. Los elementos comúnmente reconocidos como metaloides se utilizan mucho en este tipo de dispositivos, como constituyentes semiconductores elementales o compuestos (Si, Ge o GaAs, por ejemplo) o como agentes dopantes (B, Sb, Te, por ejemplo).

Dopaje

El dopaje es el proceso de añadir una pequeña impureza a un semiconductor puro para modificar sus propiedades eléctricas. Los semiconductores ligera y moderadamente dopados se denominan extrínsecos. Un semiconductor dopado a niveles tan altos que actúa más como un conductor que como un semiconductor se denomina degenerado. La mayoría de los semiconductores están formados por cristales de silicio. El silicio puro tiene poca utilidad, pero el silicio dopado es la base de la mayoría de los semiconductores. Silicon Valley debe su nombre al gran número de empresas de semiconductores que se instalaron allí.

Los semiconductores hoy

Hoy en día, los semiconductores se utilizan en todas partes. Los semiconductores están presentes en casi todos los dispositivos electrónicos. Los ordenadores de sobremesa, Internet, las tabletas y los teléfonos inteligentes no serían posibles sin los semiconductores. Los semiconductores pueden convertirse en interruptores muy precisos con una pequeña cantidad de voltaje. El voltaje que el semiconductor no necesita puede enviarse a otros componentes eléctricos del dispositivo. Los semiconductores también pueden hacerse muy pequeños y muchos de ellos caben en un circuito bastante pequeño. Al ser tan pequeños, los dispositivos eléctricos actuales pueden ser más finos y ligeros sin comprometer su capacidad de procesamiento. Algunas de las empresas dominantes en el negocio de los semiconductores son Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm y Micron Technology.