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En este artículo, veremos un poco sobre los Dispositivos Semiconductores en general, cuáles son algunos Tipos de Dispositivos Semiconductores comúnmente conocidos y muchos otros aspectos de los Semiconductores.

Introducción

Durante los últimos 70 años, los semiconductores se convirtieron en un elemento crucial en la fabricación de la electrónica. Desde la invención del transistor, el mundo de la electrónica siempre ha estado en una curva exponencial en términos de investigación, desarrollo, fabricación, sacando a la luz nuevos dispositivos y tecnologías.

Los dispositivos electrónicos tienen que ver con el manejo de la información, es decir, la transmisión de alta velocidad, la adquisición y el procesamiento en los campos de las industrias y la fabricación, las comunicaciones, las artes, la medicina e incluso en la guerra.

Pero todo esto se puede marcar de nuevo en el corazón de la electrónica moderna y su fabricación: Los dispositivos semiconductores.

Aunque un sistema electrónico se fabrica con la ayuda de metales, aislantes y semiconductores (de los que se hablará más adelante), los semiconductores se consideran la columna vertebral de la electrónica.

¿Qué es un semiconductor?

Antes de entrar en la discusión sobre los diferentes tipos de Dispositivos Semiconductores, es esencial tener una idea de lo que es un semiconductor.

Simplemente hablando los Semiconductores son materiales que no son ni conductores ni aislantes. Ampliando un poco más esto, los materiales se clasifican en Conductores, Aislantes y Semiconductores en función de su capacidad de conducir la electricidad.

Los conductores son materiales con muy buena capacidad de transporte de electricidad. Por lo general, los metales tienen una buena conductividad eléctrica y puedes encontrar Cobre o Aluminio en el cableado eléctrico de tu casa.

Por el contrario, los Aislantes son materiales con muy mala conductividad eléctrica. El vidrio, la madera y el papel son buenos ejemplos de aislantes.

Ahora hablemos de la categoría de materiales más importante para nuestra discusión, los semiconductores. A temperatura ambiente, los semiconductores son materiales con menor conductividad eléctrica que los conductores pero con mayor conductividad eléctrica que los aislantes.

NOTA: Para una comprensión más detallada de los semiconductores, hay que profundizar en la bellamente complicada Mecánica Cuántica, que está «ciertamente» fuera del alcance de esta discusión.

Materiales semiconductores

Hablando en términos de conductividad eléctrica con unidades de Ω-1 cm-1, los materiales semiconductores son aquellos con una conductividad eléctrica entre 10-9 Ω-1 cm-1 y 102 Ω-1 cm-1.

Tradicionalmente, los elementos del grupo IV como el Silicio (Si) y el Germanio (Ge) se consideran materiales semiconductores elementales, es decir, semiconductores con especies de un solo átomo.

Hay otros tipos de materiales semiconductores que pueden formarse combinando elementos del grupo III con los del grupo V y que se conocen como semiconductores compuestos. El arseniuro de galio (GaAs) es el material semiconductor más conocido de esta categoría y, de hecho, es el segundo material semiconductor más utilizado después del silicio.

¿Qué son los dispositivos semiconductores?

En palabras sencillas, los dispositivos semiconductores son un tipo de componentes electrónicos que se diseñan, desarrollan y fabrican a partir de materiales semiconductores como el Silicio (Si), el Germanio (Ge) y el Arseniuro de Galio (GaAs).

Desde su uso a finales de los años 40 (o principios de los 50), los semiconductores se convirtieron en el material principal en la fabricación de la electrónica y sus variantes como la optoelectrónica y la termoelectrónica.

Antes del uso de materiales semiconductores en los dispositivos electrónicos, se utilizaban tubos de vacío para el diseño de componentes electrónicos. La principal diferencia entre los tubos de vacío y los dispositivos semiconductores es que en los tubos de vacío la conducción de electrones se produce en estado gaseoso, mientras que en el caso de los dispositivos semiconductores se produce en «estado sólido».

Los dispositivos semiconductores pueden encontrarse tanto en forma de dispositivos de componentes discretos como de circuitos integrados.

¿Por qué los semiconductores?

La razón principal para utilizar dispositivos semiconductores (y, por tanto, los materiales semiconductores subyacentes) en la fabricación de dispositivos y componentes electrónicos es la capacidad de manipular fácilmente su conductividad de portadores de carga, es decir, electrones y huecos.

Como se ha mencionado anteriormente, la conductividad eléctrica de los materiales semiconductores se encuentra entre la de los conductores y la de los aislantes. Incluso esta conductividad puede controlarse aún más por factores externos o internos como el campo eléctrico, el campo magnético, la luz, la temperatura y la distorsión mecánica.

Ignorando los factores externos como la temperatura y la luz por ahora, generalmente se realiza un proceso llamado Dopaje a los materiales semiconductores, donde se introduce una impureza en su estructura para cambiar las propiedades tanto estructurales como eléctricas.

Un semiconductor puro se conoce como semiconductor intrínseco mientras que un semiconductor impuro o dopado se conoce como semiconductor extrínseco.

Cuando el número de electrones libres en la estructura del semiconductor se incrementa después del dopaje, el semiconductor se conoce como semiconductor tipo n. Del mismo modo, si se aumentan los huecos, se conoce como semiconductor de tipo p.

Diferentes tipos de dispositivos semiconductores

A continuación se presenta una pequeña lista de algunos de los dispositivos semiconductores más utilizados. Basándose en la estructura física del dispositivo, la siguiente lista se clasifica en Dispositivos de dos terminales y Dispositivos de tres terminales.

Dispositivos semiconductores de dosterminales

• Diodo
• Diodo Schottky
• Diodo emisor de luz (LED)
• DIAC
• Diodo Zener
• Fotodiodo (Fototransistor)
• Diodo PIN
• Diodo láser

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• Diodo túnel
• Fotocélula
• Célula solar
• Diodo Gunn
• Diodo IMPATT
• Diodo TVS (Diodo de supresión de tensión transitoria)
• VCSEL (Láser de emisión superficial de cavidad vertical)

Dispositivos semiconductores de tresterminales

• Transistor bipolar
• Transistor de efecto de campo
• Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)
• Transistor Darlington Transistor
• Rectificador controlado de silicio (SCR)
• TRIAC
• Tiristor
• Transistor de unión

También hay algunos semiconductores de cuatroterminales como el optoacoplador (fotoacoplador) y el sensor de efecto Hall.

Para más información sobre algunos de los dispositivos semiconductores mencionados, lea «Diodo de unión P-N», «Transistor», «Tiristor».

Aplicaciones de los dispositivos semiconductores

Como se ha mencionado anteriormente, los dispositivos semiconductores son la base de casi todos los dispositivos electrónicos. Algunas de las aplicaciones de los dispositivos semiconductores son:

• Los transistores son los componentes principales en varios circuitos integrados como los Microprocesadores.
• De hecho, son los componentes principales en la construcción de puertas lógicas y otros circuitos digitales.
• Los transistores también se utilizan en circuitos analógicos como amplificadores y osciladores.