Los materiales semiconductores son aquellos que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores (como el cobre) y los aislantes (como el vidrio). Esta característica única radica en su capacidad de modificar su conductividad bajo ciertas condiciones, como la temperatura, la luz o la aplicación de un campo eléctrico.
Una de las características físicas clave es su estructura cristalina. La mayoría de los semiconductores, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), tienen una estructura cristalina tetraédrica, donde cada átomo comparte electrones con cuatro átomos vecinos. Esta estructura crea enlaces covalentes que, a temperatura ambiente, limitan la movilidad de los electrones, resultando en una conductividad relativamente baja.
La conductividad eléctrica de un semiconductor puede aumentarse mediante el proceso de dopaje. Esto implica la adición controlada de impurezas al cristal semiconductor. Si se añaden átomos con más electrones de valencia (como el fósforo al silicio), se crean electrones "libres" que pueden conducir la electricidad. Este tipo de semiconductor se conoce como tipo N. Por el contrario, si se añaden átomos con menos electrones de valencia (como el boro al silicio), se crean "huecos" (ausencia de electrones) que se comportan como cargas positivas y también pueden conducir la electricidad. Este tipo de semiconductor se conoce como tipo P.
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La banda prohibida o band gap es otra característica crucial. Es la energía necesaria para que un electrón salte de la banda de valencia (donde están los electrones unidos) a la banda de conducción (donde los electrones pueden moverse libremente). El tamaño de la banda prohibida determina la cantidad de energía necesaria para que el semiconductor conduzca la electricidad. En los semiconductores, esta banda es relativamente pequeña, lo que permite que, con una pequeña cantidad de energía (como calor o luz), los electrones puedan saltar a la banda de conducción.
El silicio (Si) es el semiconductor más utilizado. Un ejemplo de su uso es en los transistores, donde pequeñas variaciones en la corriente de base controlan corrientes mucho mayores entre el colector y el emisor. Otro ejemplo es el germanio (Ge), que, aunque menos común, también se utiliza en diodos y transistores de alta frecuencia.
En resumen, la combinación de su estructura cristalina, la posibilidad de dopaje y la presencia de una banda prohibida relativamente pequeña confieren a los semiconductores sus singulares propiedades eléctricas y físicas. Estas propiedades son fundamentales para la fabricación de la gran mayoría de los dispositivos electrónicos modernos, desde microprocesadores en computadoras hasta células solares.
