CONDUCCIÓN EN SÓLIDOS - MEDIOS CONDUCTORES

MONOGRAFIA.- ESTUDIO DE LA CONDUCCIÓN EN SÓLIDOS.

MEDIOS CONDUCTORES

Podemos dividir los medios conductores en varios grupos.

METALES

Puede representarse un metal, tal como, por ejemplo, el cobre, como un apilamiento regular de átomos ionizados, cargados positivamente y dispuestos en las mallas de una red cristalina. La ionización de los átomos se acompaña de liberación de electrones susceptibles de moverse en el interior de la red. Los iones sufren desplazamientos tan débiles respecto a los que sufren los electrones que pueden considerarse fijos. Son los que definen la carga positiva fija ρ_f , estando asociada la carga volúmica negativa móvil ρ_m a los electrones libres. El volumen dV del metal contiene en el instante dt:

Carga fija:\(dq_f = \rho_f·dV\) ; Carga móvil: \(dq_m = \rho_m·dV\)

Por ser ρ_m una función dependiente del tiempo, se considera en la práctica su valor medio definido durante un intervalo τ .

\( \displaystyle\overline{\rho_m} = \frac{1}{\tau}\int_0^x \rho_m(t)·dt \)

Si el metal está sometido a la acción de un campo eléctrico, E, los electrones móviles o de conducción se ponen en movimiento en la masa del metal que se dice conductor.

AISLANTES

Los aislantes son cuerpos cuyas cargas están localizadas. Los electrones pueden estar fuertemente ligados a los núcleos de los átomos o bien constituyen entre los átomos enlaces de covalencia muy sólidos. Por tanto, no hay carga susceptible de desplazarse or la acción de un campo eléctrico, aunque si este es muy fuerte, puede romper estos enlaces y provocar una ionización parcial del sistema que se convierte en conductor.

ELECTROLITOS

Un electrolito fundido o disuelto en un medio aislante, está disociado en aniones A^-ne y cationes C^+pe móviles, portando cada uno de ellos cargas – ne y + pe, donde e es el valor positivo de la carga elemental. Si son n⁺ y n^- los números de estos portadores por unidad de volumen, se tiene:

\( \rho^+ = +n^+ pe \;;\; \rho^- = -n^- pe \)

Y n⁺p = n^-h refleja la neutralidad eléctrica.
Los movimientos de las dos clases de portadores tienen lugar simultáneamente y van acompañados de transporte de materia.

SEMICONDUCTORES

Los semiconductores son cuerpos sólidos en los que el número de elementos portadores de cargas móviles es pequeño frente al número de portadores que existen en los metales, pero mayor que en el caso de los aislantes. Podemos clasificarlos en los siguientes tipos:

1) Semiconductores intrínsecos: es el caso de los cristales de elementos como el silicio o el germanio. En ellos, los enlaces interatómicos son únicamente covalentes y muy estables y, por elevación de la temperatura se puede provocar la ruptura de algunos de los enlaces, liberando cada uno un electrón que se transforma en portador libre.

2) Semiconductores extrínsecos de tipo n (negativo): en el ejemplo anterior, cuando sin destruir la red cristalina del semiconductor (germanio) se introduce una pequeña porción de átomos de arsénico, como impureza, se obtiene una distribución esquematizada en la figura 2. Cada átomo de arsénico posee 5 electrones en su nivel de energía externo. Cuatro están comprometidos en enlaces covalentes con los cuatro átomos de germanio vecinos; el quinto electrón queda libre y hace que el germanio dopado sea conductor.

3) Semiconductores extrínsecos de tipo p (positivos). Si en lugar de arsénico, se introducen algunos átomos de indio, como cada uno de ellos tiene tres electrones para formar enlaces covalentes, faltará en la red cristalina un electrón por átomo de indio. Se ha creado en la red un hueco positivo o aceptor de electrones que pueden proceder de un enlace vecino, lo que equivaldría a un desplazamiento del hueco positivo.



Intrínseco - Extrínseco negativo - Extrínseco positivo

TIPOS DE SEMICONDUCTORES

MODELO DE DRUDE – LORENTZ