¿Qué es un semiconductor?

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El término semiconductor es usado de manera amplia en los medios cuando se habla de avances tecnológicos y nuevos productos de la industria electrónica. Sin embargo, a pesar de ser un término cuyo uso se ha generalizado y que casi cualquier persona reconoce, pocas en realidad entienden verdaderamente que vuelve a un material un semiconductor. Entonces, tratemos de aclarar este término. La mayor parte de la ingeniería electrónica actual se basa en la conducción de partículas con carga eléctrica (electrones) a través de materiales sólidos, desde un punto A hacia un punto B. El camino entre A y B se conoce como un circuito. Un mismo circuito puede estar formado con diferentes materiales; algunos conductores (como cobre) y otros semiconductores (como tungsteno). La resistencia que ofrecen estos materiales al flujo de electrones, puede medirse y se denomina resistividad. De acuerdo a este patrón, podemos clasificar estos materiales, de acuerdo a su  resistividad, en tres grandes grupos: conductores, semiconductores y aislantes.

Los conductores son los materiales que ofrecen la menor resistencia al flujo de corrientes eléctricas y los aislantes son aquellos que presentan la mayor resistencia al paso de los electrones por su estructura. Entonces, los semiconductores se encuentran en un punto medio, ofrecen una determinada resistencia al paso de corriente eléctrica, que no es alta ni baja. Pero ¿Cómo medimos esta resistencia? ¿Qué valor debe tener una resistencia para ser considerada alta o baja?

La resistencia que ofrecen los semiconductores al paso de corriente eléctrica se denomina, resistencia eléctrica, representada con la letra griega rho (ρ) y se mide en ohms (Ω) por centímetro cúbico, que son la unidad de resistencia volumétrica del material. Los semiconductores presentan una resistencia eléctrica que se encuentra entre los valores de resistencia de los aislantes (ρ=105Ω/cm) y los conductores que casi no poseen resistencia eléctrica (ρ=10-3Ω/cm).

Como dijimos, la ingeniería electrónica se basa en hacer fluir electrones a través de un circuito. Estos electrones provienen del mismo circuito. Para que haya un flujo de electrones, primero debemos hacer que electrones dentro del circuito se liberen de sus átomos originarios (si no lo están ya) y que comiencen a moverse saltando de un átomo a otro. La resistencia eléctrica nos dice cual es la cantidad de energía eléctrica (en la forma de un campo electro-motriz) que se necesita para que los electrones ganen suficiente energía electro-motriz y se separen de sus átomos originales, volviéndose electrones libres. Esto es lo que se conoce como corriente eléctrica, que es un flujo de electrones y se mide en Amperes. Los Amperes nos dicen cuanta carga (cuantos electrones) atraviesa a un material, por unidad de tiempo. Es decir, cuantos electrones pasan por un punto de nuestro circuito en cada segundo.

Si queremos una alegoría, imaginemos de nuevo los puntos A y B. En un conductor, A está en la cima de una colina donde he instalado un tobogán que baja hasta B, donde a su vez he instalado un ascensor que me lleva de nuevo hasta A. ¿Cuanta energía gasto yo para ir desde A hasta B y viceversa? casi ninguna; en un aislante, hay un muro de tres metros entre A y B. ¿Cuanta energía gasto para ir de A a B y viceversa? Muchísima, pues tengo que escalar el muro de ida y vuelta; en un semiconductor el camino entre A y B puede verse como lineal, pero la resistencia del semiconductor indica que tal vez el camino está lodoso si dicho material tiene mucha resistencia, o que es un camino recto de concreto y voy en patines, si la resistencia es baja, etc. Así, un semiconductor es un material con una resistencia entre los valores de un aislante y un conductor.

Datos de la imagen principal:

resistors1
Autor: Steve Lodefink
Nombre de la fotografía: resistors1
Fecha de captura: Marzo 2, 2008
Licencia: Creative Comons 2.0
Enlace a la licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

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Ingeniero en electrónica y comunicaciones y maestro en ciencias de la electrónica y computación, ambos grados por la Universidad de Guadalajara en México. Además, soy profesor de la "Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica" en la misma institución. Siempre me ha interesado la divulgación científica porque creo que es la mejor manera de acercar a la gente a la ciencia, tanto a su actualidad, como a su historia y futuro. Creo que sólo de esta forma, volviendo la ciencia accesible para la mayoría, se logran engrosar las filas de científicos e ingenieros alrededor del mundo. Soy ademas un amante de la ciencia-ficción, el horror y la comedia en todos los formatos disponibles: audiovisuales, escritos y gráficos.