Semiconductores tiene conductividad entre la de un director y aislante.
Hay dos tipos de semiconductores…
- Cristal único
- Compuesto.
El silicio y el germanio son cristalinos. Arseniuro de galio (GaAs), sulfuro de cadmio (CdS), nitruro de galio (GaN) y fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP) son semiconductores compuestos. Los semiconductores más utilizados son el silicio (Si), el germanio (Ge) y el arseniuro de galio (GaAs). En 1939 diodo fue descubierto. En 1947 transistor fue descubierto. El germanio fue el primer material semiconductor comercialmente y ampliamente utilizado. El germanio es fácil de encontrar, fácil de refinar y ampliamente disponible en la naturaleza. El germanio es muy sensible a los cambios de temperatura. Por lo tanto, la fiabilidad del diodo de germanio es baja. Después del germanio, el silicio entra en el mercado como semiconductor.
El silicio es menos sensible a los cambios de temperatura que el germanio. Pero el proceso de refinado del silicio es mucho más complicado y caro que el del germanio. En 1954 entró en el mercado el primer transistor de silicio. El silicio se convirtió en la elección más popular como semiconductor después de 1954. El transistor de GaAs se introdujo por primera vez en el año 1970. La velocidad de funcionamiento de un transistor de GaAs es cinco veces mayor que la del transistor de silicio. El GaAs es más difícil de refinar. El GaAs es más caro que el Si. Como la velocidad de operación es bastante alta en los dispositivos semiconductores de GaAs, a menudo se utiliza como material base de un circuito VLSI (integrado a gran escala). Pero aún así, el silicio es el semiconductor más popular. El galio tiene 31 electrones. La configuración de electrones del Ga es,
Por lo tanto, 2 electrones en la subcapa 4S y 1 electrón en la subcapa 4p. Eso significa que Galio tiene tres electrones en la órbita más exterior, es decir, en la 4ª órbita. Por lo tanto, el Galio tiene tres electrones de valencia.
El arsénico tiene 33 electrones.
La configuración de los electrones de As es
Por lo tanto, 2 electrones en la subcapa 4S y 3 electrones en la subcapa 4p. Eso significa que el arsénico tiene 5 electrones en la envoltura más exterior, es decir, la 4ª envoltura. Por lo tanto, el arsénico tiene cinco electrones de valencia.
La energía potencial requerida para eliminar estos electrones de valencia de sus átomos padres, bastante más pequeña que la de cualquier otro electrón interno, en la estructura atómica.
Como los GaAs son un compuesto, cada galio átomo en la estructura está rodeada de átomos de arsénico, y los átomos de galio rodean cada átomo de arsénico en la estructura. Tres electrones de valencia de los átomos de galio y cinco electrones de valencia de los átomos de arsénico se comparten entre sí. De esta manera, cada uno de los átomos de arsénico y de galio recibe 8 electrones en su capa más externa.
Eso significa que hay enlaces covalentes entre los átomos de arsénico y galio, en un arseniuro de galio compuesto. Aunque los enlaces covalentes son más fuertes, todavía es posible romper los enlaces, si se suministra suficiente energía externamente. Debido a la ruptura de los enlaces covalentes entre el arsénico y el galio, los electrones salen de la estructura de la red de los compuestos de GaAs. Tan pronto como un electrón se separa del enlace covalente, deja una vacante en el enlace. Los electrones separados de los enlaces son libres de moverse a cualquier parte de la red. Estos electrones libres de moverse se denominan electrones libres. Las vacantes creadas en los enlaces se denominan agujeros. Tanto los electrones libres como los agujeros se llaman portadores de carga libre. A temperatura ambiente, el número de portadores libres es de 1,7 106 aproximadamente. La concentración de la libre carga los portadoresa temperatura ambiente en un material semiconductor puro se denomina ni. Aquí, n denota el número de portadores gratuitos por unidad de volumen de red de semiconductores y el sufijo i utilizado para el término intrínseco. Semiconductor intrínseco significa, semiconductor absolutamente puro que significa idealmente cero impurezas contenidas.
La brecha de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción en los GaAs es de 1,43 eV. Entre los tres materiales semiconductores más populares están el silicio (Si), el germanio (Ga) y el arseniuro de galio (GaAs). El GaAs tiene la mayor brecha energética entre la banda de valencia y la banda de conducción.
Desde principios de 1990, el uso de los GaAs está creciendo. Para la fabricación a muy gran escala circuitos integradosHoy en día, los GaAs se usan ampliamente en lugar del silicio. Esto se debe a sus características de funcionamiento de muy alta velocidad, bajas corrientes de saturación inversa, excelente sensibilidad a la temperatura y altos voltajes de ruptura. Además, gracias a estas ventajas, el GaAs se utiliza ampliamente para diferentes aplicaciones optoelectrónicas, como diodo emisor de luz, células solares y otros dispositivos fotodetectores.
