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En la actualidad los materiales pueden dividirse en tres grandes clases según la conducción de corriente de cada uno de ellos:

  • Aislantes: no permiten un buen flujo de corriente.
  • Conductores: pueden sustentar un flujo de corriente.
  • Semiconductores: son moderadamente buenos para el flujo de corriente.

Existen dos cualidades de los materiales para caracterizarlos según la conducción de corriente: la resistividad eléctrica y la conductividad eléctrica. Es así que los aislantes son altamente resistivos y los conductores altamente conductivos. Los semiconductores se diferencian de los aislantes en la posibilidad de conducir corriente y de los conductores en el método de conducción de la corriente. Los conductores poseen electrones libres para la conducción y los semiconductores poseen tanto electrones como huecos (ausencia de un electrón). Materiales semiconductores típicos son el silicio (Si), el germanio (Ge) y el arseniuro de galio (GaAs).

Electrones y huecos


Un átomo posee electrones en distintas capas o niveles de energía (modelo del átomo de Böhr). El silicio posee un la capa más externa 4 electrones que se los denominarán de valencia. Cada uno de estos electrones de la capa de valencia forma uniones covalentes con los electrones de los átomos adyacentes. Es así que a temperatura de cero absoluto (0ºK) los átomos se acomodan para formar una retícula donde forman uniones covalentes con los cuatro electrones de valencia y el silicio se comporta como un aislante. A temperatura ambiente (unos 300ºK) los electrones de valencia poseen la suficiente energía como para poder liberarse del enlace covalente constituyendo así lo que se denomina un electrón libre. El espacio resultante que queda una vez que el electrón se liberó y la unión se rompió se llama hueco. Un electrón posee carga negativa. Los huecos se comportan como los electrones, con la diferencia de que la carga que poseen es positiva. En realidad los huecos no existen físicamente sino que son más bien la falta de un electrón y se le da características físicas como las del electrón para facilitar el entendimiento del tema.
Si un voltaje es aplicado a la muestra, estos electrones libres pueden fluir y soportar una corriente neta. Sin embargo, el número de electrones libres es relativamente pequeño comparado con el que se encuentra en un buen conductor. Es por esta razón que se califica al silicio intrínseco como semiconductor. El flujo total de corriente en un semiconductor es una combinación de la corriente debida a los electrones libres y aquella que se debe a los huecos libres.

Deriva, difusión, recombinación y generación

Se sabe hasta ahora que en un material semiconductor se generan electrones libres a temperatura ambiente. La pregunta ahora es ¿qué hace el electrón libre dentro de la retícula de silicio?

Existen tres fenómenos a los que se somete a la carga libre. El primero de ellos es la recombinación (y generación). Cuando un electrón se encuentra con un hueco se dice que se produce la recombinación (aunque en realidad el electrón pasa a llenar el espacio que deja el hueco). El segundo fenómeno se da cuando se le aplica un campo eléctrico y se lo denomina deriva.  El tercer fenómeno es la difusión que provoca una corriente de difusión que tiende a dispersar la concentración de portadores de carga de manera uniforme cuando existe una diferencia de concentraciones.

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