Materiales semiconductores
Permitir dispositivos de nueva generación con gran pureza y fiabilidad
Materiales semiconductores
Semiconductor, se refiere a la conductividad a temperatura ambiente entre el conductor y el aislante entre el material, tiene propiedades eléctricas y físicas específicas, estas propiedades hacen que el circuito del dispositivo semiconductor tenga un rendimiento único, una de las características de su proceso de dopaje se puede utilizar para añadir un elemento específico para cambiar y controlar sus propiedades eléctricas, se puede utilizar como un material componente para el procesamiento de la información.
Semiconductor intrínseco se refiere a aquellos semiconductores monocristalinos muy puros, la fabricación de materiales semiconductores requiere una pureza muy elevada, normalmente de hasta el 99,9999999%(9N). Estos materiales aparecen como monocristales en su estructura física, y el silicio monocristalino (Si) y el germanio monocristalino (Ge) son materiales semiconductores de uso común.
Al dopar semiconductores intrínsecos con trazas de impurezas (un proceso conocido como dopaje), podemos cambiar significativamente la conductividad de un semiconductor. El semiconductor intrínseco dopado se denomina semiconductor de impurezas. Según el tipo de impureza dopada (principalmente elementos trivalentes o pentavalentes), los semiconductores se clasifican en dos grandes categorías: tipo p y tipo n.
Semiconductores de tipo N
Los semiconductores de tipo N se fabrican dopando semiconductores intrínsecos, como el silicio, con elementos pentavalentes como el fósforo P, el arsénico As y el antimonio Sb. Estos elementos tienen un electrón de valencia más que el silicio y proporcionan electrones libres adicionales.
Características principales:
Elementos dopados: fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb), etc.
Exceso de electrones libres (portadores negativos)
Aumento del número de electrones libres, aumento de la conductividad
La dirección de la corriente está determinada principalmente por el movimiento de los electrones
Semiconductor tipo P
Los semiconductores de tipo P se fabrican dopando semiconductores intrínsecos con elementos trivalentes como el boro B, el aluminio Al y el galio Ga. Estos elementos tienen un electrón de valencia menos que el silicio y dejan huecos en la red.
Características principales:
Elementos dopantes: boro (B), aluminio (Al), galio (Ga), etc.
Agujeros (portadores positivos)
Agujeros como portadores implicados en la conducción
La dirección de la corriente está determinada principalmente por el movimiento de los agujeros
Clasificación de los semiconductores:
Semiconductores elementales
Silicio (Si): el más utilizado, representa más del 90% de la industria de semiconductores, se utiliza en circuitos integrados, células solares, etc.
Germanio (Ge): el material principal de los primeros dispositivos semiconductores, ahora se utiliza en circuitos de alta frecuencia y dispositivos ópticos infrarrojos.
Semiconductores compuestos
Compuestos III-V: como el arseniuro de galio (GaAs), el fosfuro de indio (InP), con alta movilidad de electrones, adecuados para comunicaciones de alta frecuencia, dispositivos optoelectrónicos (láseres, LED).
Semiconductores de banda ancha:
Carburo de silicio (SiC): resistente a altas temperaturas y alta tensión, utilizado en vehículos eléctricos, electrónica de potencia.
Nitruro de galio (GaN): excelente rendimiento en alta frecuencia, utilizado en estaciones base 5G, dispositivos de carga rápida.
Compuestos II-VI: como el teluro de cadmio (CdTe), el sulfuro de zinc (ZnS), utilizados principalmente en detectores de infrarrojos y en el campo fotovoltaico.
Características del material y aplicaciones
Clasificación generacional de los materiales semiconductores
| Generación | Materiales representativos | Características | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|---|
| 1ª generación | Silicio (Si), Germanio (Ge) | Maduro y bien establecido Bajo coste Fácil de procesar Conductividad térmica moderada | Circuitos integrados (CI) Transistores Diodos Electrónica general |
| 2ª Generación | Arseniuro de galio (GaAs), Fosfuro de indio (InP) | Alta movilidad de electrones Rendimiento de alta frecuencia Bueno para optoelectrónica Mayor coste de producción | Comunicación por RF Dispositivos de microondas Fotodetectores Navegación GPS |
| 3ª generación | Nitruro de Galio (GaN), Carburo de Silicio (SiC), Óxido de Zinc (ZnO), Seleniuro de Zinc (ZnSe) | Amplia banda prohibida Alta tensión de ruptura Alta conductividad térmica Alta frecuencia, alta eficiencia Tolerancia a altas temperaturas | Estaciones base 5G Vehículos eléctricos Láseres Electrónica de potencia (IGBT/MOSFET) |
| 4ª Generación | Óxido de galio (Ga2O3), Diamante (C), Nitruro de aluminio (AlN), Nitruro de boro (BN) | Banda prohibida ultraancha Alta movilidad de portadores Alta intensidad de campo de ruptura Emergentes y en desarrollo | Dispositivos de potencia de alto voltaje de nueva generación Aeroespacial Electrónica para entornos extremos (radiación/alta temperatura) |
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