semiconductor

History

Los primeros experimentos con semiconductores comenzaron en el siglo XIX: Faraday observó que el sulfuro de plata al calentarse conducía mejor la corriente. En 1947, Bardeen, Brattain y Shockley crearon el primer transistor de germanio. Desde entonces, el silicio se convirtió en la base de la electrónica. Shuji Nakamura, en la década de 1990, desarrolló diodos emisores de luz azul brillante basados en nitruro de galio, un semiconductor, por lo que recibió el Premio Nobel.

How it works

En un semiconductor, los electrones se encuentran en bandas de energía. Hay una banda de valencia, donde los electrones están fuertemente ligados a los átomos, y una banda de conducción, donde están libres. Entre ellas hay una banda prohibida. Un electrón puede saltarla si recibe energía mayor que la anchura de la banda prohibida. Es como saltar una zanja: sin carrerilla (energía) no se consigue. Añadiendo impurezas (dopaje), se pueden crear escalones adicionales que facilitan el salto: así se fabrican los transistores.

History

Los primeros experimentos con semiconductores comenzaron en el siglo XIX: Faraday observó que el sulfuro de plata al calentarse conducía mejor la corriente. En 1947, Bardeen, Brattain y Shockley crearon el primer transistor de germanio. Desde entonces, el silicio se convirtió en la base de la electrónica. Shuji Nakamura, en la década de 1990, desarrolló diodos emisores de luz azul brillante basados en nitruro de galio, un semiconductor, por lo que recibió el Premio Nobel.

How it works

En un semiconductor, los electrones se encuentran en bandas de energía. Hay una banda de valencia, donde los electrones están fuertemente ligados a los átomos, y una banda de conducción, donde están libres. Entre ellas hay una banda prohibida. Un electrón puede saltarla si recibe energía mayor que la anchura de la banda prohibida. Es como saltar una zanja: sin carrerilla (energía) no se consigue. Añadiendo impurezas (dopaje), se pueden crear escalones adicionales que facilitan el salto: así se fabrican los transistores.

History

Las propiedades semiconductoras fueron observadas por primera vez por Michael Faraday en 1833 en el sulfuro de plata. En 1874, Karl Braun descubrió el efecto rectificador en el contacto metal-semiconductor. El avance decisivo ocurrió en 1947 con la invención del transistor en los laboratorios Bell (Bardeen, Brattain, Shockley). Shuji Nakamura, en 1993, logró un gran avance al crear un diodo emisor de luz azul brillante basado en nitruro de galio, lo que abrió el camino a la iluminación LED blanca. Por este logro recibió el Premio Nobel.

How it works

La conductividad de un semiconductor depende de la concentración y movilidad de los portadores de carga libres. En un semiconductor intrínseco, a T>0, los electrones pasan de la banda de valencia a la de conducción, dejando huecos. La concentración de portadores sigue la ley de acción de masas: n_i^2 = N_c N_v exp(-E_g/kT). Mediante dopaje, los donadores crean niveles cerca de la banda de conducción, facilitando la ionización térmica. El principio de funcionamiento de la unión p-n, base de diodos y transistores, se basa en la difusión y deriva de portadores en un campo eléctrico. Desempeñan un papel importante la ley de Coulomb, que determina las barreras de potencial, y la ecuación de Schrödinger, que describe las funciones de onda de los electrones en un potencial periódico.

Open problems & fun facts

Crear semiconductores con alta movilidad a temperatura ambiente (por ejemplo, a base de grafeno); Controlar defectos en semiconductores de banda ancha para optoelectrónica UV; Desarrollar semiconductores compatibles con tejidos biológicos para dispositivos implantables; Buscar materiales para electrónica de alta temperatura (carburo de silicio, diamante)

💡 Los semiconductores se utilizan no solo en electrónica, sino también en paneles solares: los fotones de luz arrancan electrones de la banda de valencia a la de conducción, generando corriente eléctrica. El semiconductor más común, el silicio, constituye casi un tercio de la masa de la corteza terrestre, ¡literalmente es arena bajo nuestros pies!