SEMICONDUCTORES INTRINSECOS y DOPADOS

Física Electrónica

Concepto de Semiconductor

Primero un semiconductor es un elemento que no es directamente un conductor de corriente,

pero tampoco es un aislante. EN los semiconductores se producen corrientes tanto por el

movimiento de los electrones como las cargas positivas (huecos). Y esta formado por

materiales tipo p y tipo n.

Los semiconductores son materiales cuya conductividad varia con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o como aislante.

Para conseguir esto, se introducen los átomos de otros elementos en el semiconductor. Esto

átomos se llaman impurezas y tras su introducción, el material semiconductor presenta una

conductividad controlable eléctricamente.

Semiconductor

El elemento semiconductor más usado es el Silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico

comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los

de los grupos 14 y 15 respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd).

Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a

todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

Elemento GruposElectrones enla última capa

Cd 12 2 e-

Al, Ga, B, In 13 3 e-

Si, C, Ge 14 4 e-

P, As, Sb 15 5 e-

Se, Te, (S) 16 6 e-

Semiconductor intrínseco

Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque

solo tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energía térmica.

En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la

corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se

producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones

libres como huecos con lo que la corriente total es cero.

Semiconductor intrínseco

Un elemento semiconductor mas utilizados son (germanio, silicio). Estos elementos agrupan

sus átomos de modo muy particular, formando una estructura reticular. Cada átomo de silicio

ocupa siempre el centro de un cubo que posee otros 4 átomos, el átomo al estar rodeado

por otros 4 “enlace covalentes” este caso el átomo se hace estable, pues se comporta como

si tuviese 8 electrones.

Semiconductor intrínseco

Pero al aplicarle aumenta la agitación desordenada de electrones, con lo que algunos de su

periferia se salen de su orbita rompiendo su enlace covalente, cuanta es mas alta la

temperatura, mayor es la agitación y el numero de enlaces covalentes rotos junto con la de

electrones libres, (hueco, carga positiva) dentro de estas condiciones, a una determinada

temperatura habrá dentro de la estructura cristalina una cierta cantidad de electrones libres y

la misma de huecos.

Características

Características de los cuerpos semiconductores intrínsecos

Para temperaturas muy bajas, tienen una resistencia comparable con la de los cuerpos

aislantes.

Para temperaturas relativamente altas tienen una resistencia comparable a la de los cuerpos

semiconductores.

También el estado de pureza de un cuerpo semiconductor influye en su resistencia.

En estado puro tienen una resistencia comparable a las de los materiales aislantes.

Cuando contienen algunas impurezas (distintas para cada cuerpo semiconductor) su

resistencia puede llegar a ser como la de un conductor.

Su comportamiento eléctrico depende esencialmente de su estructura atómica.

Una característica fundamental de los semiconductores es de poseer 4 electrones en su

orbita.

Características

Por cada electrón que absorba el polo positivo aparecerá un hueco en la estructura del

semiconductor, mientras que el polo negativo absorbe un hueco y deja en la estructura una

carga negativa. Se mantendrán por tanto las concentraciones de las cargas de los

portadores.

Así, un electrón de los que forman enlaces covalentes no puede saltar fuera del enlace bajo

el único efecto de una tensión exterior; sin embargo, las fuerzas combinadas de una tensión

exterior y un hueco próximo facilitan la salida del electrón desde el enlace hasta el hueco,

creándose una intensidad de corriente eléctrica.

Los elementos como el silicio (Si) y el germanio (Ge) agrupan sus átomos formando una

estructura reticular.

IMÁGENES

En esta imagen se observa la formación de enlaces covalentes en átomos de silicio.

Semiconductores dopados

Los semiconductores extrínsecos se caracterizan, porque tienen un pequeño porcentaje de

impurezas, respecto a los intrínsecos; esto es, posee elementos trivalentes o pentavalentes, o

lo que es lo mismo, se dice que el elemento está dopado.

Dependiendo de si está dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se diferencian dos

en dos tipos:

Semiconductores extrínsecos tipo n:

Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que

sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la última capa, lo que

hace que al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún enlace

covalente, quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la

temperatura, además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han

unido.

Dopado tipo n

Semiconductores dopados

Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de huecos, se dice

que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras.

En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy elevada, por

ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la

conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductores extrínsecos de tipo p:

En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de

ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un

nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto

electrón que lo rellenaría.

Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda

de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

Dopado tipo p

Lentes de seguridad

Semiconductores dopados

El boro en un elemento trivalente, al igual que el aluminio por disponer de 3 electrones en la orbita de

valencia.

Al añadir impurezas trivalentes al semiconductor intrínseco y entrar estas a formar parte de la estructura

cristalina. Quedan dichas impurezas rodeadas por 4 átomos de silicio o germanio con los a de formar 4

enlaces covalentes cosa que le sobrara un electrón pero en este caso no queda libre sino que falta un

electrón en su enlace covalente.

Semiconductores dopados

Por cada átomo de impureza trivalente que se añade al semiconductor intrínseco habrá un mayor número

de huecos (cargas positivas) que de electrones libres.

En este caso los huecos serán los portadores mayoritarios y los electrones libres minoritarios. Sometiendo a

una circulación de corriente al semiconductor tipo veremos una mayor circulación de portadores

mayoritarios tipo n.

Ahora si hacemos lo mismo con un semiconductor tipo p observamos que será diferente

IMÁGENES

Adición de un elemento de impureza a un semiconductor intrínseco para cambiar su conductividad. Las impurezas donadoras o pentavalentes aumentan el número de electrones libres.

El material Tipo N, Los electrones sobrepasan a los huecos, al electrón se le llama portador mayorista y al hueco se le dice portador minorista.El material Tipo P, los huecos superan a los electrones, al hueco se le dice portador mayoritario y al electrón portador minoritario.

Cereales y

IMÁGENES

Páginas Web

www.aiu.edu/Universidad

http://chure.tripod.com/semiconductores2.html

http://suite101.net/article/caracteristicas-de-los-semiconductores-intrinsecos-