Los semiconductores son materiales únicos: sólidos cuya conductividad eléctrica se puede cambiar deliberadamente, normalmente de forma dinámica (reversible). Se utilizan para fabricar dispositivos semiconductores, lo que condujo a la era de la información a finales del siglo XX. Hoy, estos materiales están en todas partes y continúan penetrando más en la vida diaria de la mayoría de las personas.

La arena está compuesta de dióxido de silicio, que se extrae para producir el material sintético comúnmente utilizado para fabricar dispositivos semiconductores.

Los dispositivos hechos con semiconductores incluyen actuadores y sistemas de control en automóviles,
reproductores de MP3 , teléfonos celulares y computadoras de todo tipo. Estos materiales son posiblemente una de las tecnologías más importantes del siglo XX y siguen siendo un aspecto central de las economías desarrolladas. Los más comunes están hechos de silicio , ya que es relativamente barato extraerlo de la arena. La industria de los semiconductores vende varios cientos de miles de millones de dólares estadounidenses en productos al año.

El transistor semiconductor se inventó en Bell Labs en 1947 y hoy en día se utilizan variaciones en componentes electrónicos complejos, como la computadora.

Los primeros semiconductores fueron pequeños detectores en radios populares a principios del siglo XX. Se les llamaba “bigotes de gato” y el elemento semiconductor era el sulfuro de plomo. Nadie en ese momento entendía realmente cómo funcionaban; simplemente lo hicieron. No fue hasta 1939 que Richard Ohl, un inventor de Bell Labs que también fue el primero en patentar
las células solares , descubrió que ciertos cristales con pequeñas impurezas tienen una conductividad que varía según la exposición a la luz. Su trabajo surgió de un esfuerzo por encontrar amplificadores prácticos de alta frecuencia para aplicaciones en radio.

Un reproductor de mp3 que incluye semiconductores.

Ocho años después, en 1947, otros científicos de Bell Labs utilizaron materiales semiconductores para crear un dispositivo de punto de contacto al que llamaron
transistor . El material utilizado fue germanio . Todo el dispositivo medía aproximadamente medio pie de alto y requería que el elemento estuviera extremadamente purificado.

La estructura que subyace a cualquier transistor es la unión pn. Tiene dos regiones: una región ap y una región n. La región p está “dopada” con pequeñas cantidades de boro, lo que hace que el material se llene de numerosos “huecos” de electrones , que son una ausencia de electrones donde deberían estar los electrones. Esto sucede porque el boro tiene una valencia de tres, lo que hace que absorba electrones externos débilmente unidos de los átomos semiconductores de valencia cuatro, dejando vacíos en su lugar. La región n está dopada con un material que tiene una valencia de cinco, lo que provoca el efecto inverso, donde las impurezas donan su electrón extra al material, provocando una abundancia de electrones.

Esta relativa abundancia y ausencia de electrones se explota en el transistor. Una serie de dos uniones pn constituyen el corazón del dispositivo. Al manipular las uniones, el flujo de carga se puede regular con precisión, lo que permite una electrónica compleja. Las variaciones en el transistor se pueden usar para hacer LED y sensores muy delicados, mientras que la mayoría de las computadoras tienen miles de millones de transistores de varios tipos diferentes. Aunque el silicio es el transistor más común en la actualidad, el diamante, que se puede configurar en una matriz 3D más fácilmente que los transistores de silicio, puede usarse en el futuro.

Las obleas semiconductoras de silicio permiten que los teléfonos móviles y otros dispositivos electrónicos lleven a cabo una gran cantidad de operaciones a pesar de su pequeño tamaño.