Los semiconductores

Existen materiales que conducen corriente. Se les llama conductores. Y existen materiales que no conducen corriente. Reciben el nombre de aislantes. Y por último están los materiales que no son ni lo uno ni lo otro, están entre medio de ser un conductor y un aislante porque sólo conducen en parte.

Estos materiales, o semiconductores, son muy útiles. Los semiconductores se emplean en la construcción de casi cualquier aparato que tengamos en casa. El móvil, el ordenador, el televisor y muchos más. Para entender el funcionamiento de los semiconductores, hay que descender al nivel atómico. Todos los materiales están compuestos por átomos.

Los electrones giran alrededor del núcleo atómico. Aquí tenemos varios átomos de silicona puestos uno al lado del otro, en un cristal. Los átomos de silicona tienen cuatro electrones que limitan con otros átomos. Cada átomo de silicona puede "compartir" sus electrones con cuatro de sus vecinos. A la vez, estos vecinos pueden "tomar prestados" electrones de esos átomos.

De esta forma, cada átomo de silicona obtiene ocho electrones, que es justo lo que quiere. No quedan muchos electrones libres viajando por el cristal. Y por eso la silicona no conduce tan bien la corriente. Para que haya más electrones moviéndose, podemos añadir otro elemento: podemos dopar la silicona. Sustituyamos un átomo de silicona por un átomo de fósforo y a ver qué pasa.

Un átomo de fósforo cuenta con cinco electrones ultraperiféricos. Al recibir otros cuatro más de sus vecinos, obtiene nueve electrones ultraperiféricos. Hay un electrón, el noveno, que todos los núcleos atómicos prefieren evitar. Así que ese electrón extra se mueve libremente por el cristal de silicona. A más electrones en movimiento, mejor conduce la corriente el cristal de silicona.

Al dopar la silicona con el fósforo, se convierte en mejor conductor. Como los electrones tienen carga negativa y como se obtienen más electrones dopando la silicona con fósforo, se dice que este trozo de silicona está dopado negativamente, o n-dopado. Existe otra manera de dopar la silicona. El boro cuenta con tres electrones ultraperiféricos, en vez de cinco como el fósforo. Si insertamos un átomo de boro en medio de los átomos de silicona, estos comparten un total de cuatro electrones con el átomo del boro.

Ahora el átomo de boro tiene siete electrones ultraperiféricos. Pero quiere ocho. Falta un electrón. Es como un agujero. Así que el átomo del boro le coge un electrón al átomo adyacente.

Pero entonces ese átomo pierde un electrón y vuelve a haber un agujero. Ahora es la falta de electrones la que nos proporciona más electrones libres en movimiento. Más electrones moviéndose en el material significa que la silicona conduce la corriente mejor. Con menos electrones con carga negativa, la silicona está dopada positivamente, o p-dopada. Así que, la silicona pura es mala conductora de corriente.

Pero con la ayuda de otros elementos usados para dopar la silicona, podemos convertir la silicona en una mejor conductora. La silicona y otros elementos con propiedades similares son semiconductores. Los semiconductores dopados los encontramos en un móvil, un ordenador, un televisor y en muchos otros aparatos eléctricos. Sin los semiconductores no podrías estar viendo este vídeo en el móvil o el portátil. Y ¿qué hace que los semiconductores sean tan buenos?

Pues eso lo veremos en otra ocasión.