Semiconductores de Germanio y Tipos de Semiconductores
Introducción a los Semiconductores
Los semiconductores, materiales orgánicos o inorgánicos, juegan un papel crucial en la tecnología moderna. Estos materiales tienen una conductividad eléctrica intermedia entre un metal, como el cobre o el oro, y un aislante, como el vidrio. La capacidad de los semiconductores para controlar su conducción depende de su estructura química, temperatura, iluminación y presencia de dopantes. Poseen una brecha de energía menor a 4eV (aproximadamente 1eV). En física del estado sólido, esta brecha de banda o «band gap» es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde no se permiten estados de electrones.
Semiconductor de Germanio
El germanio (Ge) es un material semiconductor que fue ampliamente utilizado en los inicios de la tecnología semiconductor, antes de la adopción masiva del silicio. Posee una brecha de banda de 0.67 electronvoltios (eV), más pequeña que la del silicio (1.1 eV) y el arseniuro de galio (1.4 eV). Una ventaja principal del germanio es su alta movilidad de electrones, superior a la del silicio, lo que permite mayores velocidades de electrones y conmutaciones más rápidas. Esto hace al germanio adecuado para dispositivos electrónicos de alta frecuencia, como receptores de radio y transistores. Además, tiene excelentes propiedades ópticas, útiles en detectores infrarrojos y dispositivos optoelectrónicos. Sin embargo, su pobre estabilidad térmica limita su uso en aplicaciones de alta temperatura, y es más propenso a impurezas que el silicio, afectando negativamente sus propiedades eléctricas.
Tipos de Semiconductores
Los semiconductores se clasifican en dos tipos básicos según sus propiedades electrónicas:
Semiconductores Intrínsecos
Son semiconductores puros, compuestos por un único elemento (ej. Silicio, Germanio) sin dopaje intencional con impurezas. Conducen electricidad cuando se calientan, y algunos electrones ganan suficiente energía para liberarse de sus enlaces y convertirse en electrones libres en la banda de conducción.
Semiconductores Extrínsecos
Son semiconductores impurificados intencionalmente con dopantes para cambiar sus propiedades electrónicas, clasificándose en:
Semiconductores tipo p
En estos, se introducen átomos de impurezas como el boro en el material semiconductor. Estas impurezas tienen menos electrones de valencia que el material semiconductor, creando «huecos» en la banda de valencia que pueden conducir corriente como portadores de carga positiva.
Semiconductores tipo n
Se introducen átomos de impurezas como el fósforo. Estas impurezas tienen más electrones de valencia, creando exceso de electrones en la banda de conducción que pueden conducir corriente como portadores de carga negativa.
Comparativa de Semiconductores
Aquí se presenta una tabla comparativa de 3 semiconductores intrínsecos y 2 tipos de semiconductores extrínsecos (p y n) con sus principales propiedades:
| Semiconductor | Tipo | Brecha de Banda (eV) | Movilidad de Electrones (cm²/Vs) | Movilidad de Huecos (cm²/Vs) | Conductividad Térmica (W/mK) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicio (Si) | Intrínseco | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Germanio (Ge) | Intrínseco | 0.67 | 3900 | 1900 | 60 |
| Arseniuro de Galio (GaAs) | Intrínseco | 1.43 | 8500 | 400 | 46 |
| Silicio dopado con Boro (p-Si) | p-tipo | 1.12 | 1500 | 1800 | 150 |
| Silicio dopado con Fósforo (n-Si) | n-tipo | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
| Arseniuro de Galio dopado con Aluminio (p-GaAs) | p-tipo | 1.43 | 8500 | 200 | 46 |
| Arseniuro de Galio dopado con Silicio (n-GaAs) | n-tipo | 1.43 | 8500 | 800 | 46 |
Conclusión
A pesar de que el germanio ha sido en gran parte reemplazado por el silicio en la mayoría de las aplicaciones de semiconductores, su uso sigue siendo relevante en ciertas aplicaciones especializadas donde sus propiedades únicas son ventajosas, como en los detectores infrarrojos y dispositivos electrónicos de alta frecuencia.
