SEMICONDUCTORES , "DIODOS"

MATERIALES SEMICONDUCTORES

Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una aguja que tenía dispuesta sobre la superficie de la piedra. Aunque con la galena era posible seleccionar y escuchar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas. En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna. Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES Número Atómico Nombre del Elemento Grupo en la Tabla Periódica Categoría Electrones en la última órbita Números de valencia 48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2 5 B (Boro) IIIa Metaloide 3 e- +3 13 Al (Aluminio) Metal     31 Ga (Galio)     49 In (Indio)     14 Si (Silicio) IVa Metaloide 4 e- +4 32 Ge (Germanio)     15 P (Fósforo) Va No metal 5 e- +3, -3, +5 33 As (Arsénico) Metaloide     51 Sb (Antimonio)     16 S (Azufre) VIa No metal 6 e- +2, -2 +4, +6 34 Se (Selenio)     52 Te (Telurio) Metaloide

¿Qué es un diodo ?

El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.

Viendo el símbolo del diodo en el gráfico se observan: A – ánodo, K – cátodo. Imágen original de Wikipedia

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

EJEMPLOS DE SEMICONDUCTORES 

El manejo de los semiconductores es probablemente el mayor avance técnico del siglo pasado y el que ha permitido una revolución tan grande como el propio Internet. Pero la historia de los semiconductores es una historia curiosa que transcurrió no sin problemas. Así que hoy vamos a dar una repaso a esta curiosa historia de investigación y tenacidad y explicar por qué estos problemas son causados por la mayor de las ventajas que tienen los semiconductores y la característica que los hace tan útiles.

Una enorme cantidad de la materia sólida de nuestro sistema estelar es silicio, aunque no puro: al ser un semimetal o metaloide, puede formar enlaces con multitud de elementos según lo que tenga cerca. En los planetas y asteroides del Sistema Solar casi todo el silicio se encuentra unido a oxígeno (formando dióxido de silicio o sílice, SiO2), o bien a oxígeno y diversos metales para formar silicatoscomo el de aluminio (Al2(SiO4)3). Muchas veces hablamos en astronomía de nubes de gas y polvo: una gran cantidad de ese polvo son gránulos de sílice.

En nuestro propio planeta el silicio está por todas partes: un 27% de la corteza terrestre está hecha de silicio. Si recuerdas la entrada del oxígeno, aquel elemento constituye un 49% de la corteza, de modo que juntos suponen el 76% de la corteza, ¡las tres cuartas partes! La corteza terrestre es básicamente silicio y oxígeno con algunas otras cosillas mezcladas.

Esto quiere decir, por supuesto, querido lector, que has visto silicio por todas partes durante toda tu vida. Llevaría mucho tiempo nombrar siquiera un pequeño número de las rocas y materiales comunes que contienen silicio, pero para que te hagas una idea aquí tienes una muestra: la arena, la arcilla, el cuarzo, el ágata, la amatista, el cristal de roca, el feldespato, la mica, el ópalo, el pedernal… todos contienen sílice o silicatos. Fíjate en que los tres componentes del granito (cuarzo, feldespato y mica) tienen todos silicio. La lista de minerales que no contienen silicio no es demasiado larga.

¿Significa esto que hemos conocido la existencia del silicio durante milenios? Una vez más, si has seguido la serie desde sus inicios probablemente sabes la respuesta: no, en absoluto. Al ser un elemento tan reactivo, es muy difícil encontrarlo puro en la naturaleza, de modo que hubo que esperar a que alguien consiguiera aislarlo de uno de sus compuestos: alguien con la curiosidad y la habilidad necesarias para lograrlo. Como en tantas otras ocasiones, esto sucedió durante la fiebre de búsqueda de elementos del siglo XIX.

Ya antes, en 1787, el francés Antoine Lavoisier había identificado el silicio como una sustancia (aún no como un elemento) que formaba parte de la sílice. El nombre del elemento proviene precisamente de ahí: “silicio” es “el elemento de la sílice”, que a su vez proviene del latín silex, que aún utilizamos en castellano (sílex) para referirnos al pedernal. En 1800 Humphry Davy estaba convencido de que el silicio era un compuesto, aunque nunca consiguió obtener sus elementos constituyentes…¡porque, naturalmente, no había ninguno!

Aunque en 1811 los franceses Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard probablemente lograron –por la descripción de sus experimentos y las propiedades de las sustancias obtenidas– aislar silicio a partir de tetrafluoruro de silicio, no fueron capaces de identificarlo como elemento. El honor de su descubrimiento como tal pertenece al sueco Jöns Jakob Berzelius, que logró aislarlo e identificarlo en 1823, utilizando un método muy similar al de Gay-Lussac y Thénard.

¡Poco podía sospechar Berzelius lo importante que sería ese polvo de color metálico que había logrado obtener! El silicio tiene propiedades similares a las del carbono (al fin y al cabo tiene el mismo número de electrones en la última capa): al igual que él puede encontrarse en forma amorfa o formar cristales. Eso sí, los cristales de silicio puro no tienen nada que ver con los de carbono: la peculiar geometría y solidez de los enlaces del carbono cristalino no se reproducen en el silicio, de modo que los cristales de silicio no son, ni de lejos, tan resistentes como el diamante.