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Un semiconductor es un elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla siguiente.
| Elemento | Grupo | Electrones en la última capa |
|---|---|---|
| Cd | II A | 2 e- |
| Al, Ga, B, In | III A | 3 e-
|
| Si, Ge | IV A | 4 e- |
| P, As, Sb | V A | 5 e- |
| Se, Te, (S) | VI A | 6 e- |
El elemento semicondutor más usado es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s2p2.
Bandas de energía
Supongamos una red cristalina formada por átomos
de silicio (o cualquier mezcla de las mencionadas). Cuando los átomos están
aislados, el orbital s (2 estados con dos electrones) y el [[orbital
p]] (6 estados con 2 electrones y cuatro vacantes) tendrán una cierta energía
Es y Ep
respectivamente (punto A). A medida que disminuye la distancia interatómica
comienza a observarse la interacción mutua entre los átomos, hasta que ambos
orbitales llegan a formar, por la distorsión creada, un sistema electrónico
único. En este momento tenemos 8 orbitales híbridos sp3
con cuatro electrones y cuatro vacantes (punto B). Si se continua disminuyendo
la distancia interatómica hasta la configuración del cristal, comienzan a
interferir los electrones de las capas internas de los átomos, formándose
bandas de energía (punto C). Las tres bandas de valores que se pueden distinguir
son: #Banda de Valencia. 4 estados, con 4 electrones. #Banda Prohibida.
No puede haber electrones con esos valores de energía en el cristal. #'''Banda
de Conducción.''' 4 estados, sin electrones.
siendo ni la concentración intrínseca
del semiconductor, función exclusiva de la temperatura. Si se somete el
cristal a una diferencia de tensión, se producen dos corrientes eléctricas.
Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda
de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones
en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos
(2), originando una corriente de huecos en la dirección contraria al
campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda
de conducción.
Conductividad eléctrica del cristal
Para que la conducción de la electricidad sea posible es necesario que haya electrones en la capa de conducción, así podemos considerar tres situaciones: *Los metales, en los que ambas bandas de energía se superponen, son conductores.
orden de 1 eV, por lo que suministrando energía pueden conducir la electricidad;
pero además, su conductividad puede regularse, puesto que bastará disminuir
la energía aportada para que sea menor el número de electrones que salte
a la banda de conducción; cosa que no puede hacerse con los metales, cuya
conductividad es constante, o más propiamente, poco variable con la temperatura.
Tipos de semiconductores
Semiconductores intrínsecos
Un cristal de silicio forma una estructura tetraédrica similar a la del
carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos,
en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal
se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden, absorbiendo
la energía necesaria, saltar a la banda de conducción, dejando el correspondiente
hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura
ambiente son de 1,1 y 0,72 eV para el silicio y el germanio respectivamente.
Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones
pueden caer desde el estado energético correspondiente a la banda de
conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este
fenómeno, se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada
temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación
se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece
invariable. Siendo n la concentración de electrones (cargas negativas)
y p la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: :ni = n = pSemiconductores extrínsecos
Si a un semiconductor intrínseco,
como el anterior, le añadimos un pequeño porcentaje de impurezas, es
decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina
extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas
deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al corespondiente
átomo de silicio. Semiconductor extrínseco tipo n.
Es el que se ha dopado con elementos pentavalentes (As, P o Sb).
Al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará que al
formarse, como antes, la estructura cristalina, el quinto electrón no estará
ligado en ningún enlace covalente, encontrándose, aún sin estar libre, en
un nivel energético superior a los cuatro restantes. Si como antes, consideramos
el efecto de la temperatura, observaremos que ahora, además de la formación
de pares e-h, se liberarán también los electrones no enlazados, ya que la
energía necesaria para liberar el electrón excedente es del orden de la centésima
parte de la correspondiente a los electrones de los enlaces covalentes (en
torno a 0,01 eV). 
Ver también
Electrónica - Física