Materiales semiconductores eléctricos

Entre los materiales conductores y los aislantes, se encuentran los semiconductores. En este artículo descubriremos su comportamiento único.

Qué es un material semiconductor?

A diferencia de los materiales aislantes, así como de los conductores, los materiales semiconductores tienen un comportamiento dual: pueden ser conductores o aislantes, dependiendo del campo eléctrico que los contenga o en donde ellos se encuentren.

Su origen puede ser natural o bien pueden generarse mediante procesos industriales. Asimismo, dentro de los elementos naturales, los semiconductores pueden ser metales, no metales o elementos de comportamiento metaloide (según partículas con carga eléctrica negativa o positiva, reaccionará como no metal o metal, de acuerdo a lo que corresponda).

Tipos de materiales semiconductores

Los tipos de materiales en esta categoría pueden dividirse según su origen, del cual se desprenden los siguientes tipos:

Semiconductores intrínsecos

Como su nombre lo indica, su capacidad semiconductora es intrínseca al material en su estado puro. Esto no significa estado natural, sino que pese al estado natural, debe ser puro, sin contener en su estructura otro tipo de átomos o impurezas que dificulten la conductividad.

Semiconductores intrínsecos

A diferencia de los anteriores, este tipo de semiconductor se apoya en la impureza del material para potenciar su capacidad de aislante y conductor. Al proceso por el cual se genera el agregado de impurezas se le llama en la jerga “dopado”.

Las sustancias que se utilizan como impurezas para modificar la corriente eléctrica suelen ser sustancias de carácter trivalente o pentavalente, ya que estas, al tener entre tres y cinco electrones en la última capa, poseen una electronegatividad relativa, pudiendo atraer electrones o liberar electrones, aislando el paso de electricidad o ayudando a ella, según el campo eléctrico.

Semiconductores de tipo P

En este tipo de semiconductores se agregan átomos o impurezas de tipo trivalente; en estos tipos de semiconductores se opta por la creación de huecos (átomos ionizados, cargados positivamente al faltarles un electrón), lo que los convierte en materias conductores, pero de carga positiva.

Semiconductores de tipo N

Los semiconductores de tipo N funcionan con el agregado de sustancias del mismo tipo que las del tipo P: impurezas en forma trivalente o como átomos. Sin embargo, la conducción y aislación en este tipo de materiales funciona por el agregado de electrones de estas sustancias en la corriente eléctrica.

Ejemplos de materiales semiconductores

• Polímeros: Este tipo de macromoléculas complejas, más allá de ser más conocidas como malas conductoras y utilizadas en actividades como la aislación de cables o creación de resinas, pueden utilizarse como semiconductores mediante el agregado de impurezas.
• Selenio: Esta sustancia pertenece a la familia de los no metales, encontrándose cerca de materiales como el fósforo y el azufre, con los que comparte el mismo carácter dual en su electronegatividad.
• Fósforo: Sus átomos tienen comportamiento trivalente y pentavalente simultáneamente, dependiendo del material con el que interactúe y su electronegatividad. Esto lo hace un semiconductor dúctil y amplio en su uso.
• Aluminio: Pese a ser conocido como un metal, el aluminio, en presencia de metales menos electronegativos como el sodio, el potasio, el calcio o el magnesio, entre otros, adquiere comportamiento de no metal. Es por eso que se lo conoce como metaloide y esta propiedad, junto a su actividad trivalente, lo hace un excelente semiconductor.
• Naftaleno: Conocido habitualmente como naftalina, esta sustancia orgánica es volátil a temperaturas ambiente, aunque también se produce al quemar tabaco o madera. En su forma sólida es de color blanco, con propiedades semiconductoras como catalizador de la corriente eléctrica.

• Azufre: Este sólido de aspecto amarillo es utilizado como semiconductor para los procesos de rectificación eléctrica, agregándosele agua para convertirlo en sulfuro ácido y luego impurezas de pirita o la galena.
• Antimonio: Es una de las sustancias semiconductoras que más se utiliza actualmente, para la producción de detectores infrarrojos, diodos o aleaciones que requieran este comportamiento eléctrico amplio.
• Antraceno: Este semiconductor es de origen orgánico y se utiliza dentro de aplicaciones energéticas, como en detectores de fotones, así como sustancia de dopado para plásticos que requieran adquirir comportamiento eléctrico.

Función de un material semiconductor

Las funciones de este tipo de materiales son variadas, ya que al tener carácter dual se pueden usar como conductores o aislantes, según se necesite en su aplicación. Algunas de las funciones más importantes son:

1. Almacenamiento de información: Los semiconductores se utilizan en computadoras y tecnologías similares como transistores de efecto de campo, lo que contribuye el aguardado y almacenamiento de datos.
2. Sensores de temperatura: Para usos industriales o fabriles, el semiconductor se utiliza dentro de sensores, programados para detectar temperaturas no esperadas o riesgosas para el lugar o campo donde se instalen.
3. Rectificadores: En conexiones eléctricas de tipo alterna, la unión se semiconductores de tipo p y tipo n crean el voltaje necesario, producto del desequilibrio entre agregado de electrones y creación de huecos (cargas negativas libres con huecos de cargas positivas).
4. Amplificadores: Debido a su comportamiento eléctrico en base a su composición electrónica, los semiconductores sirven como amplificadores de corrientes eléctricas de baja intensidad.
5. Detectores: Los semiconductores son materiales capaces de detectar señales de radio, lo que los hace ideales para su uso en actividades navales, de armada o formando parte de embarcaciones.
6. Transductores: Los materiales semiconductores funcionan junto a la presión, aumentando mediante este fenómeno la conductividad en sistema eléctricos siempre que sea necesario.
7. Transistores: Otra función de estos materiales es la de interrumpir o amplificar la electricidad dentro de sistemas de procesamiento en computadoras.

Características de un material semiconductor

Este tipo de materiales puede ser de comportamiento electronegativo (es decir, atrae electrones), así como puede adquirir estas propiedades a través del agregado de impurezas. Asimismo, las sustancias conductoras pueden convertirse en semiconductoras mediante impurezas que dificultan el paso de energía, como los aislantes.

Además, los semiconductores pueden incrementar su conductividad con otro proceso además del dopaje: La incrementación de la temperatura o la elevación de la iluminación a la que se los expone.