Los dispositivos electrónicos modernos están construidos con resistencias, diodos, transistores, circuitos integrados que están hechos de materiales semiconductores. Hoy en día, el silicio es el más utilizado semiconductor en componentes electrónicos de potencia: diodos, tiristores, IGBT…transistores MOSFET, etc. La razón es que el silicio es resistente a muy altas temperaturas y actual. La temperatura máxima de funcionamiento de los transistores de silicio es de 150oC mientras que, por ejemplo, el transistor de germanio tiene hasta 70oC. El silicio no es un director en el verdadero sentido de la palabra. Conduce la electricidad bajo ciertas condiciones. El silicio es un material semiconductor que es aislante a la temperatura cero absoluta (0K). Con el aumento de la temperatura, la energía térmica causará una fracción de electrones covalentes que se liberarán.
Cuando un campo eléctrico se aplican, se moverán y se convertirán en electrones de conducción. Eso significa que el silicio tiene un negativo resistencia coeficiente de temperatura. El silicio puro tiene una energía de enlace covalente de 1,1 eV. Eso significa cuánta energía se necesita para liberar los electrones de valencia en la estructura cristalina.
El silicio monocristalino puro se utiliza como oblea y soporte mecánico de los circuitos integrales. El silicio puro conduce pobremente la energía eléctrica. El silicio está dopado con diferentes impurezas para aumentar el nivel de conductividad del material. Las impurezas han añadido los niveles de energía extra, y un hueco en la banda de energía se amplía. Semiconductores con una amplia brecha de banda implica materiales con la energía de la brecha de banda por encima de 2 eV. Esos semiconductores son adecuados para la electrónica de alta potencia, alta temperatura y condiciones de alta frecuencia de operación. El carburo de silicio (SiC) da los mejores resultados en la producción de componentes electrónicos comerciales. Tiene una energía de separación de banda de 3,03 eV.
El silicio con impurezas añadidas puede convertirse Semiconductor tipo N o Semiconductor tipo P. Si la impureza con cinco electrones de valencia donante (Nitrógeno-N, Fósforo-P, Arsénico-A, Antimonio-Sb, Bismuto-Bi) se añade al silicio tetravalente puro, los cuatro electrones de la impureza se atarán covalentemente con cuatro vecinos Si átomos y formando vínculos covalentes. El quinto electrón permanece libre y gracias a la energía térmica se mueve caóticamente en la red cristalina. Los electrones libres conducen la electricidad si existe un campo eléctrico externo. El semiconductor tipo P se forma añadiendo un aceptador de impurezas trivalente (indio-In, boro-B, aluminio-Al y galio-Ga) al silicio tetravalente puro, los enlaces covalentes se formarán con tres átomos de Si. Un espacio vacío se conoce como un agujero. El agujero formado es libre de moverse en la red cristalina. En este caso, los agujeros cargados positivamente conducirán la electricidad.
Aplicaciones del semiconductor de silicio
Las principales ventajas de los semiconductores basados en el Si son: largo ciclo de vida, pequeño volumen, peso ligero, producción sencilla, gran fuerza mecánica, baja potencia de suministro, producción económica. El Si es un material esencial en células fotovoltaicas construcción (98%). Los diodos de cristal semiconductor (rectificador) se hacen uniendo el tipo P y el tipo N de semiconductor, conocido como La unión PN. Dependiendo del suministro voltaje polaridad, la brecha de la banda de energía aumentará o disminuirá, por lo que la resistencia de los diodos está cambiando y puede ser muy pequeña (Ohms) o muy alta (MOhms). En base a esto, el diodo conducirá electricidad o no (efecto de diodo rectificador). Las resistencias no lineales (resistencias dependientes de la tensión) como varistores suelen estar hechas de SiC (carburo de silicio). Además, los transistores, los microchips están hechos por el conductor de base de silicio.
