5.1.5 Semiconductores Intrínsecos

Los semiconductores son materiales con coeficientes de resistividad de valores intermedios entre los materiales conductores y los aislantes. Dicho de otro modo, son materiales que en circunstancias normales no conducen la electricidad, pero que al aumentar la temperatura se vuelven conductores.

Un material semiconductor hecho sólo de un único tipo de átomo, se denomina semiconductor intrínseco.

Los más empleados históricamente son el germanio (Ge) y el silicio (Si); siendo éste último el más empleado (por ser mucho más abundante y poder trabajar a temperaturas mayores que el germanio).

Cada átomo de un semiconductor tiene 4 electrones en su órbita externa (electrones de valencia),que comparte con los átomos adyacentes formando 4 enlaces covalentes. Forma una red cristalina, en dicha red, los electrones no se desplazan fácilmente, y el material en circunstancias normales se comporta como un aislante.

Al aumentar la temperatura, los electrones ganan energía,  la resistividad de un semiconductor disminuye con la temperatura es decir, su conductividad aumenta.

La conducción eléctrica a través de un semiconductor es el resultado del movimiento de electrones (de carga negativa) y de los huecos (cargas positivas) en direcciones opuestas al conectarse a un generador.

Materiales magnéticos duros y blandos

Los imanes metálicos comerciales más importantes son ferromagnéticos. En general estos se clasifican como blandos y duros. Los factores estructurales y constitutivos que llevan a la dureza magnética son los mismos que provocan la dureza mecánica.

Materiales Magnéticos Blandos o Imanes Blandos

Hierro dulce

Son los materiales ferromagnéticos con paredes de dominios magnéticos que se mueven fácilmente cuando se aplica un campo, es decir son aquellos cuya imantación y desimantación resulta fácil. Un ejemplo sería el hierro dulce.

Transformador

Permiten su utilización para construir circuitos magnéticos en aplicaciones con corriente alterna: transformadores, generadores, motores, etc. y también en otras aplicaciones donde el material debe desmagnetizarse con facilidad, como relés, electroimanes, accionamiento de servoválvulas, etc.

Materiales Magnéticos Duros o Imanes Duros

Los imanes que generalmente conocemos,
son imanes permanentes.

Son aquellos materiales ferromagnéticos con menor movilidad de las paredes de los dominios.Una vez magnetizado, se comporta como un imán permanente. Este comportamiento se debe a que una vez orientados los dominios tienen grandes dificultades para volver al estado original, con direcciones de sus momentos magnéticos al azar. Un ejemplo sería el acero.

Un imán permanente proporciona un campo magnético al exterior, al igual que una bobina por la que circula corriente.

Gracias a ello, se emplean en la construcción de motores eléctricos y generadores de corriente continua. Las aplicaciones electrónicas incluyen imanes para auriculares, altavoces, etc

5.1.3 Conductividad Eléctrica

La conductividad eléctrica  es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones pueden pasar por él.

• La conductividad varía con la temperatura 
• La conductividad es la inversa de la resistividad
• Su unidad es el S/m (siemens por metro)

Tres Estados de la Materia:

1. En los sólidos los átomos como tal no son libres de moverse y la conductividad se debe a los electrones.
2. En los metales existen electrones cuasi-libres que se pueden mover muy libremente por todo el volumen
3. En los aislantes, muchos de ellos son sólidos iónicos, apenas existen electrones libres y por esa razón son muy malos conductores.

Introducción a las propiedades físicas de los materiales

Las propiedades eléctricas definen el comportamiento de los materiales frente a la corriente eléctrica y a los campos magnéticos respectivamente. 

La resistencia eléctrica es la propiedad principal, esta mide el grado de oposición de un material al ser atravesado por la corriente eléctrica.

Los materiales se pueden clasificar como: Conductores, Semiconductores y Aislantes.

Tipos de Comportamiento Magnético

El comportamiento magnético de una sustancia se determina midiendo su magnetización en el seno de un campo magnético. 

La susceptibilidad magnética por unidad de volumen Xv, mide lo susceptible que es una sustancia a la magnetización y se define como:        

Xv=M/H   

M=Magnetismo 

H=Campo aplicado

Diamagnetismo:

Su origen está en las circulaciones de los pares electrónicos inducidas por el campo, que se oponen a él y tienden a desplazarlo fuera del campo. La magnetización es nula su el campo es nulo.

Paramagnetismo:

Tiene su origen en los momentos angulares de las partículas cargadas, los cuales tienen asociado un momento magnético. Un átomo o ion paramagnético tiene electrones desapareados y los efectos magnéticos individuales no se cancelan.

Ferromagnetismo:

Son comportamientos que precisan de la cooperación de muchos átomos en un sólido. Es una sustancia ferromagnética que los espines se acoplan en orientaciones paralelas, reforeandose y dando momentos magnéticos fuertes.

BIBLIOGRAFIAS:

B.N.Figgis. (1966), "Introduction to Ligand Fiels".

R.S. Drago. (1977). "Physical Methods in Chemistry"

Conceptos de Magnetismo

Es la propiedad que tienen algunos cuerpos, que se llaman imanes, de ejercer atracción sobre otros cuerpos que contienen hierro. 

Se trata de un fenómeno de tipo físico. Para que ocurra el magnetismo deben existir cargas en movimiento, pues las propiedades magnéticas ocurren por los movimientos de los electrones, que son cada uno, un imán pequeño, que están ubicados de tal modo (en dirección idéntica) que suman sus efectos.

Se llama campo magnético a la porción del espacio, donde se ejercen las fuerzas sobre las cargas en movimiento a causa de éste.

BIBLIOGRAFIAS:

B.N.Figgis. (1966), "Introduction to Ligand Fiels".

R.S. Drago. (1977). "Physical Methods in Chemistry"

Semiconductores Extrínsecos

Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de portadores de carga libres. Los elementos del grupo V de la tabla periódica tienen cinco electrones en la capa  de valencia. Esto hace que cuatro de ellos se enlacen a los átomos de silicio vecinos mediante un enlace covalente, quedando un electrón con un enlace débil que hace que cualquier incremento de energía le permita acceder a la banda de conducción, sin generar un hueco en la banda de valencia, puesto los estados energéticos están completos en ella.

Si en lugar de átomos del grupo V, se introducen impurezas con átomos del grupo III de la Tabla Periódica, que sólo tienen tres átomos en su capa de valencia, estos átomos se enlazan con tres de sus vecinos mediante un enlace covalente, pero el cuarto posible enlace carece de electrón. Ello se interpreta como que existen estados energéticos disponibles justo por encima de la banda de valencia

Un aporte mínimo de energía hace que electrones de la banda de valencia pasen a estos estados energéticos, creándose un hueco en la banda de valencia. Cuando un semiconductor presenta impurezas de forma controlada se dice que está dopado. En el caso de que se introduzcan átomos del grupo V, impurezas donadoras, decimos que tenemos un semiconductor de tipo N. En el caso de que tengamos impurezas aceptoras del grupo III, se dice que tenemos un semiconductor de tipo P.