En general, los semiconductores son materiales, inorgánicos u orgánicos, que tienen la capacidad de controlar su conducción dependiendo de la estructura química, la temperatura, la iluminación y la presencia de dopantes. El nombre semiconductor proviene del hecho de que estos materiales tienen una conductividad eléctrica entre la de un metal, como cobre, oro, etc. y un aislante, como el vidrio. Tienen una brecha de energía inferior a 4eV (aproximadamente 1eV). En física del estado sólido, este intervalo de energía o intervalo de banda es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde los estados de electrones están prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones en un semiconductor deben obtener energía (por ejemplo, de la radiación ionizante) para atravesar el intervalo de banda y alcanzar la banda de conducción.
Excitación óptica y térmica en semiconductores
La energía para la excitación se puede obtener de diferentes maneras.
Excitación térmica
Los pares de agujeros de electrones también se generan constantemente a partir de energía térmica, en ausencia de cualquier fuente de energía externa. La excitación térmica no requiere ninguna otra forma de impulso de arranque. Este fenómeno ocurre también a temperatura ambiente. Es causada por impurezas, irregularidades en la estructura reticular o por dopante. Depende en gran medida del espacio E (una distancia entre la valencia y la banda de conducción), de modo que para un espacio E más bajoaumenta una cantidad de portadores de carga excitados térmicamente. Dado que la excitación térmica produce el ruido del detector, se requiere enfriamiento activo para algunos tipos de semiconductores (por ejemplo, germanio). Los detectores basados en silicio tienen un ruido suficientemente bajo incluso a temperatura ambiente. Esto es causado por la gran brecha de banda de silicio (Egap = 1.12 eV), que nos permite operar el detector a temperatura ambiente, pero se prefiere enfriar para reducir el ruido.
Excitación óptica
Tenga en cuenta que la energía de un solo fotón de espectro de luz visible es comparable con estos espacios de banda. Los fotones de longitudes de onda de 700 nm a 400 nm tienen energías de 1.77 eV 3.10 eV. Como resultado, también la luz visible es capaz de excitar electrones a la banda de conducción. En realidad, este es el principio de los paneles fotovoltaicos que generan corriente eléctrica.
