Conductores, aislantes y semiconductores

Por conductor eléctrico entendemos todo material en donde las partículas portadoras de carga eléctrica logran moverse sin dificultades, permitiendo el flujo de corriente eléctrica en forma continua, cuando esta sometido a una diferencia de potencial. 

Conducción Eléctrica: El movimiento de cargas eléctricas en el espacio depende de las características del medio o material en cual fluye y de acuerdo a esto se clasifica en conducción electrónica, cuando el portador de carga es el electrón o conducción ionica cuando los que portan la carga son los átomos a los que les faltan electrones(carga positiva) o a los que les sobran (carga negativa).

Todos los materiales son conductores cuando la diferencia de potencial es lo bastante alta, por ejemplo, el aire en condiciones de baja nubosidad y humedad y a temperatura constante es considerado como aislante, sin embargo, en condiciones contrarias la gran diferencia de potencial entre los estratos de las nubes generan relámpagos ionizando el aire y convirtiéndolo en plasma. 

Para la transmisión de la corriente o la energía de baja y alta tensión, así como para la correcta elección del conductor se debe tener en cuenta varias características que dependen de las condiciones ambientales del lugar donde sera tendido el cable, uso que se le dará y propiedades eléctricas, mecánicas y físico-químicas:

Propiedades Eléctricas: Resistencia eléctrica, Resistividad y conductividad.

Propiedades Mecánicas: Dureza, Modulo de Elasticidad, Carga de Rotura. 

Propiedades físico-químicas: Densidad,Peso Especifico, Calor Especifico, Dilatación.

Los materiales mas usados de acuerdo a estas propiedades son lo metales, gracias a que en su ultimo nivel u órbita de energía, tienen de uno a tres electrones y por lo tanto mayor libertad de movimiento y son mas susceptibles a la interacción con otros átomos al aplicar una diferencia de potencial entre los extremos del conductor.

Como se dijo antes, todos los materiales son conductores en mayor o menor medida, sin embargo, los átomos que tienen de cinco a ocho electrones en su ultimo nivel, no dan la misma libertad de movimiento, es decir, no hay electrones libres y por tanto, no será posible el desplazamiento de carga eléctrica libre a través de estos cuerpos, estos materiales son los que se denominan aislantes eléctricos. 

Aislantes: Un aislante eléctrico es un material con baja capacidad de conducción eléctrica, es decir, gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y pueden moverse con facilidad.

Un sólido es aislante cuando su ultimo nivel de energía se encuentra lleno de electrones y existe una gran separación energética entre éste y nivel o banda de conducción. Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras y proteger a las personas frente a las tensiones y descargas eléctricas.

Existen otros materiales que no conducen la electricidad, se denominan dieléctricos y son usados con frecuencia como aislantes eléctricos; todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.

Algunos ejemplos de estos materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, el plástico, la mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico, la baquelita, etc.

Semiconductores: Son elementos que tienen la propiedad de comportarse como conductores o aislantes bajo determinadas condiciones o estímulos externos, estos puede ser, señales eléctricas de corriente o voltaje, variaciones en la intensidad lumínica o de temperatura, presencia de campos magnéticos, etc. 

Varios elementos en la naturaleza, tienen propiedades intermedias entre las de los metales y las de los no metales, pero en especial el Si (Silicio), el Ge(Germanio), son los más utilizados en la industria de fabricación de dispositivos de estado sólido o semiconductores.

Para lograr comprender sus carateristicas debemos ver su estructura atomica, los electrones del ultimo nivel energético se conocen como electrones de valencia. Cuando elementos como el silicio y el germanio, se enfrían desde el estado líquido, sus átomos forman patrones ordenados que se llaman cristales. 

Los átomos de silicio y germanio tienen cuatro electrones de valencia cada uno. Aunque los electrones de valencia son retenidos con fuerza en la estructura cristalina, pueden romper los enlaces y por lo tanto, moverse en forma libre. Esto sucede si se proporciona suficiente energía externa. La banda donde se mueven normalmente los electrones de valencia se conoce como banda de valencia, y los electrones que se mueven libremente y conducen la corriente se mueven en la banda de conducción.

 Tipos de Semiconductores 

Semiconductor intrínseco: Es un semiconductor puro, cuando se le aplica una diferencia de potencial los electrones libres fluyen hacia el terminal positivo y los huecos hacia el terminal negativo de fuente de tensión. Un semiconductor, a temperatura ambiente, presenta, generalmente, menor conductividad que un metal pues existen pocos electrones y huecos positivos que actúan como portadores, a medida que aumenta la temperatura aumentan los niveles en la banda de conducción y el número de portadores se hace mucho mayor, por lo que la conductividad eléctrica también aumenta.

Semiconductor extrínseco: Es aquel en el que se han introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar la conductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente. A este proceso se le conoce como dopado. 

                                                            

Por ejemplo, el número de portadores negativos o electrones, puede aumentar si se dopa el material con átomos de un elemento que tenga más electrones de valencia que el que compone dicho material semiconductor.