¿Qué es la concentración de portadores?
La concentración del portador es el número de electrones disponibles para pasar a través de un semiconductor. Un semiconductor es un dispositivo electrónico que conducirá electricidad cuando se aplique una fuente de energía. Los cristales o materiales amorfos, o no cristalinos, se fabrican para formar material semiconductor. Se pueden agregar trazas de moléculas metálicas, llamadas dopantes, para proporcionar electrones adicionales para transportar corriente eléctrica.
Una molécula está formada por un núcleo central rodeado de anillos o capas de electrones que están constantemente en movimiento. Algunos materiales, llamados donantes, tienen un electrón relativamente alejado del núcleo que puede ser desalojado por las corrientes eléctricas o la luz solar. Las diferentes moléculas, llamadas aceptores, carecen de un electrón en la capa externa y pueden tomar electrones libres que están presentes. Un semiconductor utiliza moléculas donantes y aceptoras colocadas en material cristalino o amorfo. Los espacios para electrones en los materiales receptores a menudo se denominan agujeros.
El silicio, tanto cristalino como amorfo, se usa comúnmente para semiconductores. Puede transmitir algunos electrones como material puro a diferentes temperaturas. Esto se conoce como la concentración intrínseca del portador. El silicio puro rara vez se usa como semiconductor porque la concentración intrínseca es bastante baja. Otros materiales, como el germanio o el carburo de silicio, tienen una mayor concentración de portadores intrínsecos y pueden usarse como semiconductores puros.
Pequeñas cantidades de dopantes pueden cambiar las propiedades de un semiconductor y permitir el flujo de electrones con menos resistencia. La medición de la capacidad de electrones para semiconductores dopados se conoce como la concentración del portador extrínseco. Este valor se usa para calcular las propiedades eléctricas del semiconductor en un circuito electrónico. Los cambios en la concentración del portador por el control del dopaje afectarán las propiedades eléctricas del semiconductor.
Un semiconductor contiene tres secciones. La banda de conducción es material dopado con moléculas traza que tienen electrones en exceso. El material de separación, normalmente un material puro sin dopaje, se coloca en el medio. La última capa es la capa de valencia, donde el material está dopado con moléculas traza que carecen de electrones.
Hay muchos usos comunes para los semiconductores que no sean en dispositivos electrónicos. Los paneles solares están compuestos por células de silicio amorfo conectadas a circuitos eléctricos. La energía de la luz solar libera electrones en la banda de conducción que pasa a través de los semiconductores de silicio y crea una corriente eléctrica. La electricidad creada a partir de paneles solares se usa típicamente para cargar bancos de baterías para su uso posterior.
Los diodos emisores de luz, o LED, son dispositivos comunes utilizados para iluminar hogares, empresas y vehículos. Una corriente eléctrica activa un semiconductor que contiene dopantes que dan luz visible cuando los electrones pasan a través de ellos. Los LED crean muy poco exceso de calor, ahorran energía y tienen una larga vida útil.