Materiales semiconductores Ge, Si Y GaAs

¿Qué son materiales semiconductores?

si nos detenemos un momento para considerar que la mayoría de todos los dispositivos en uso fueron inventados hace décadas y que las técnicas de diseño que aparecen en libros que datan de la década de 1930 se siguen utilizando, nos damos cuenta que la mayor parte de lo que vemos es en principio una mejora continua de las técnicas de construcción, las características generales y las técnicas de aplicación, en vez del desarrollo de elementos nuevos y básicamente diseños nuevos. en la construcción de cualquier dispositivo electrónico discreto (individual) de estado sólido (estructura de cristal duro) o circuito integrado se inicia con un material semiconductor de la más alta calidad

 

 

Cuando hablamos de semiconductores hablamos de dos clases: de un solo cristal compuesto. Este tipo de cristal como el germanio (Ge) y el silicio (Si) tienen una estructura cristalina repetitiva, en tanto como el arseniuro de galio (GaAsP) se componen de dos o más materiales semiconductores de diferente estructura atómica.

Dentro de la industria los tres semiconductores que son usados en dispositivos electrónicos con más frecuencia son Ge, Si y GaAs.

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Descubrimiento 

Después del descubrimiento del diodo en 1939 y posterior mente en 1949 el transistor, se usaba el germanio ya que de cierto modo era fácil de encontrar y estaba disponible en grandes cantidades. La técnica con la que se refinaba era relativa mente fácil y se obtenían niveles de pureza muy altos, sin embargo, posteriores investigaciones arrojaron evidencia que diodos y transistores construidos con germanio eran poco confiables, sobre todo a los cambios de temperatura.

Los científicos de aquel entonces conocían otro material, el silicio, tenía mejor sensibilidad a la temperatura, pero el proceso de refinado para conseguir niveles altos de pureza se encontraba aun en una fase investigativa. Finalmente, en 1954 se presentó el primer transistor de silicio y este de inmediato se convirtió en el material semiconductor preferido, ya que no solo era sensible a temperaturas, sino que este se encuentra en grandes cantidades en la tierra, por lo que cualquier preocupación sobre su disponibilidad acabo. Durante las décadas venideras este nuevo material abrió las compuertas y la tecnología de diseño y fabricación evolucionando hasta un alto nivel de complejidad.

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La practica 

El campo de la electrónica se volvió mucho más sensible, ya que los computares operaban cada vez más a velocidades mucho más altas, entonces se tenía que encontrar otro material semiconductor que cumpliera con estas necesidades. El resultado de años de investigación fue el GaAS, este fue el primer transistor creado en la década de los 70`s, que operaba a velocidades cinco veces la del Si. No obstante, el problema fue por los años de diseño e investigación en el proceso con el Si, las redes de transistores de Si para la mayoría de aplicaciones eran más baratas de fabricar y ofrecían la ventaja estratégica de diseño altamente eficiente, mientras tanto el GaAs era más difícil de fabricar a altos niveles de prueba y mucho más caro, también, tenía poco apoyo de diseño en los primeros años de su desarrollo. Con el tiempo la demanda de mayor velocidad dio resultado, se dieron más fondos a la investigación del GaAs, al punto que se usa de manera consiente como material base para nuevos diseños de circuitos integrados a gran escala.

Por otro lado, el GaAs no será el único material apropiado en la construcción de estado sólido. Se siguen fabricando dispositivos con germanio, en un número limitado de aplicaciones. Aun cuando es sensible a la temperatura este tiene características que encuentra aplicación en diferentes áreas, dada su disponibilidad y los bajos costos para su fabricación. El Si sigue siendo el material líder para componentes electrónicos y circuitos integrados (CI). El GaAs es más caro, pero en cuanto van mejorando los procesos de fabricación también mejoran y las demandas de mayores velocidades se incrementan, comenzara a desafiar al Si como el semiconductor dominante de la industria.

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