Semiconductores. Orígenes de su uso

Como están. Como muchos saben, los componentes que conforman los distintos aparatos electrónicos, como televisores, teléfonos celulares y computadoras están hechos a base de materiales semiconductores ¿pero a partir de cuando estos empezaron a usarse? En esta publicación daré (o al menos trataré) la respuesta, así que empecemos.

Desde el punto de vista eléctrico los materiales pueden ser:

• Conductores: Son los que permiten el paso de una corriente eléctrica, como es el caso de los metales.
• Aislantes: Son los que impiden o dificultan enormemente el paso de una corriente eléctrica, como es el caso de la madera y las gomas.

Tipos de materiales desde el punto de vista eléctrico

Pero ademas de estos, también se encuentran unos muy especiales que son los materiales semiconductores.

Que es un semiconductor

Es un material que es aislante, pero que al ser sometidos a ciertas condiciones como aumentarle su temperatura o al añadirle otras sustancias o impurezas hace que se convierta en conductor. Ejemplo de semiconductores son el silicio, el germanio el arseniuro de galio y el arseniuro de boro.

Los materiales semiconductores conducen la electricidad bajo ciertas condiciones

De acuerdo al tipo de impurezas añadidas un semiconductor puede ser:

• Semiconductor tipo N: Las impurezas añadidas son átomos con exceso de electrones, lo que hace que el material quede a su vez con exceso de cargas negativas.
• Semiconductor tipo P: Las impurezas añadidas son átomos con déficit de electrones, lo que hace que el material quede con exceso de cargas positivas. Dichas cargas positivas son llamados huecos.

Tipos de materiales semiconductores

La historia de los semiconductores

Actualmente, todos los aparatos electrónicos están hechos con componentes fabricados con semiconductores, pero estos vienen usándose desde hace mas tiempo de lo que se piensa. El descubrimiento de los materiales semiconductores ocurrió en el año 1874, por parte del físico alemán Karl Ferdinand Braun mientras estudiaba las propiedades conductoras de los metales que que estaban colocados en sales disueltas en agua. Observó que una de estas sales, el sulfuro de plomo, conocido como galena, conducía sin ser disuelta, es decir, al tomar un trozo entero de galena, por este pasaba una corriente eléctrica, dependiendo de la longitud de dicho trozo, así como al cambiar la polaridad de la tensión a la que estaba conectada dejaba de conducir. La galena es un material semiconductor y podía permitir el paso de una corriente en determinadas condiciones, cono la longitud y la polarización y en este caso actuaba como rectificador, que significa que permite el paso de una corriente eléctrica en un solo sentido. Si bien Braun hizo publico este descubrimiento en 1876 no le encontró un uso practico al mismo.

Karl Ferdinand Braun, descubridor de las propiedades de los semiconductores

Fue el físico hindú Jagdish Chandra Bose quien le encontró un uso practico a los semiconductores, al inventar en el año 1901 un aparato de radio que funcionaba con cristal de galena, el mismo servia como detector de las ondas de radio que recibía el aparato. En 1906 el ingeniero estadounidense Greenleaf Whittier Pickard creó un aparato de radio que usaba un cristal de silicio, que es otro material semiconductor, poco tiempo después Henry Dunwoody, oficial del ejercito de los Estados Unidos también crea otro receptor de radio que usaba cristal de carbodurum, que es un semiconductor creado artificialmente y en 1908 el ingeniero japones Wichi Torikata también crea otro radio con detector de cristal semiconductor.

Pioneros en el uso de los semiconductores

Los aparatos de galena, que fueron los cristales semiconductores mas usados de todos los anteriores, fueron desplazados poco a poco por lo aparatos fabricados con tubos de vacío en la década de 1920. Después de la II Guerra Mundial, los cristales de galena fueron sustituidos por diodos de germanio, los cuales trabajaban mejor que los tubos de vacío en frecuencias altas.

El radio de galena fue el primer uso de los semiconductores

Origen de la palabra diodo

El diodo es también el nombro por el cual era conocida la válvula o tubo de vacío inventada por el físico británico John Ambrose Fleming en 1904 y que fue el primer componente electrónico, cuya función era rectificar una corriente alterna y detectar señales de radio. Esto ultimo lo hacían los cristales de galena pero no tan eficientemente como los tubos de vacío y los cuales posteriormente desplazados poco a poco por los diodos de germanio ¿pero de donde viene la palabra diodo y que significa?

Diodo viene de la unión de las palabras griegas “di” que significa dos y “hodos” que significa camino, por lo que vendría a significar dos caminos, dicha palabra fue creada por el físico británico William Henry Eccles en el año 1919 donde cada cada camino se refería al ánodo y al cátodo de la válvula inventada por Fleming. Esta palabra también se extendería a los componentes que realizaban la misma función que los tubos de vacío.

William Henry Eccles, creador del termino diodo

El origen de los diodos LED

El científico e inventor ruso Oleg Lósev, al igual que otras personas en su época, se dedico al estudio de los materiales semiconductores con el fin de mejorar la recepción de señales de radio, y mientras trabajaba en esas labores en el Laboratorio Central de Leningrado observó que un diodo hecho a base de oxido de zinc y carburo de silicio emitía luz cuando pasaba por ellos una corriente eléctrica, dando a conocer el resultado de este experimento en el año 1927 con el nombre de Detector luminoso de carburo de silicio y detección con cristales , si bien este fenómeno también había sido observado por el ingeniero británico Henry Joseph Round en el año 1907 cuando hacia investigaciones para la Compañía Marconi para la mejora de las recepciones de las señales de radio. Este descubrimiento seria la base de los diodos emisores de luz o LED, pero en el momento en que Lozev (a quien en el año 2007 se le reconoció como el inventor de los diodos LED) lo dio a conocer no se le dio utilidad practica sino mucho tiempo después.  

Los descubridores del efecto de luminiscencia de los diodos, base de los diodos LED

Origen de los diodos de unión PN

Hasta ese momento a los materiales semiconductores se les modificaba su forma o se les variaba la temperatura para que pudieran conducir una corriente eléctrica, pero en 1940 el ingeniero estadounidense Russell Ohl, quien trabajaba para la empresa Laboratorios Bell y que estaba buscando una alternativa a los tubos de vacío, descubrió que si le añadía impurezas a un cristal de silicio, mejoraba sus propiedades conductoras.

Russell Ohl, creador de los diodos PN

Ohl unió un trozo de silicio al que le fueron añadidos impurezas que hicieron que este tenga exceso de cargas negativas (tipo N) con cargas negativas y otro con impurezas que hicieron que este tengan exceso pero de cargas positivas (tipo P). posteriormente colocó los trozos unidos de silicio a una fuente de tensión en donde la parte tipo N o con exceso de cargas negativas se conecta al polo negativo de la fuente y la parte con exceso de cargas positivas o huecos se coloca al polo positivo de la fuente, observándose que a partir de cierto valor de tensión hay una circulación de corriente a través del mismo, pero si si se coloca con la polarización inversa, es decir, el trozo tipo N al polo positivo de la fuente y el trozo tipo P al polo negativo de la fuente, la corriente por el mismo sera nula, por que realiza funciones de rectificación de tensión y que con el tiempo sustituirá a los tubos de vacío. Esto ocurre porque en polarización directa, las cargas positivas se verán atraídas por las cargas negativas, algo que no pasa en polarización inversa debido a que las cargas positivas se verán atraídas por el polo negativo de la fuente y las negativas por el polo positivo, anulándose el flujo de corriente dentro del diodo.

Diodos de unión PN

Polarización de un diodo de unión PN

La atracción de cargas en los tipos de semiconductores que forman un diodo hacen que por este circule corriente eléctrica

Para la década de 1940 se buscaba una alternativa a los tubos de vacío, se buscaba algo que los sustituyera ya que estos consumen mucha potencia, ademas que son muy frágiles, ya que si se caen se rompen al estar hechos de vidrio. La unión de semiconductores de distintos tipos fue la base de esa solución que se estaba buscando llegando a la creación de los transistores en 1948.

La unión de semiconductores de distintos tipos fueron la base de la creación del transistor

Pero para no alargar mas esto del transistor hablaré en otra publicación. Recuerden que pueden hacer comentarios y sugerencias. ¡Hasta la próxima!