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Semiconductores Intrínsecos
Semiconductores Dopados
• Semiconductor es un elemento que se comporta como
un conductor o como aislante dependiendo de diversos
factores, como por ejemplo el campo eléctrico o
magnético, la presión, la radiación que le incide, o la
temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los
elementos químicos semiconductores de la tabla
periódica se indican en la tabla adjunta.
• El elemento semiconductor más usado es el silicio, el
segundo el germanio. 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.
• Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se
encuentra en estado puro, o sea, que no contiene
ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su
estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan
los electrones en la banda de valencia al atravesar la
banda prohibida será igual a la cantidad de electrones
libres que se encuentran presentes en la banda de
conducción.
• Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un
elemento semiconductor intrínseco, algunos de los
enlaces covalentes se rompen y varios electrones
pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la
atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los
mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de
conducción y allí funcionan como “electrones de
conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un
átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina,
siempre que el elemento semiconductor se estimule con
el paso de una corriente eléctrica.
• Como se puede observar en lailustración, en el caso de lossemiconductores el espaciocorrespondiente a la bandaprohibida es mucho másestrecho en comparación conlos materiales aislantes. Laenergía de salto de banda (Eg)requerida por los electronespara saltar de la banda devalencia a la de conducción esde 1 eV aproximadamente. Enlos semiconductores de silicio(Si), la energía de salto debanda requerida por loselectrones es de 1,21 eV,mientras que en los degermanio (Ge) es de 0,785 eV.
• Estructura cristalina de unsemiconductor intrínseco,compuesta solamente porátomos de silicio (Si) queforman una celosía. Como sepuede observar en lailustración, los átomos de silicio(que sólo poseen cuatroelectrones en la última órbita obanda de valencia), se unenformando enlaces covalentepara completar ocho electronesy crear así un cuerpo sólidosemiconductor. En esascondiciones el cristal de siliciose comportará igual que sifuera un cuerpo aislante
En un semiconductor perfecto, las concentraciones de
electrones(n) en la banda de conducción y de huecos(p) en la
banda de valencia son iguales (por unidad de volumen); así
como la concentración intrínseca de portadores.
• El número de átomos dopantes necesitados para crear
una diferencia en las capacidades conductoras de un
semiconductor es muy pequeña. Cuando se agregan un
pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1
cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice que el
dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más
átomos (en el orden de 1 cada 10.000 átomos) entonces
se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje
pesado se representa con la nomenclatura N+ para
material de tipo N, o P+ para material de tipo P.
• En la producción de semiconductores, se denomina
dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en
un semiconductor extremadamente puro (también
referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus
propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas
dependen del tipo de semiconductores a dopar. A los
semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los
conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente
dopado, que actúa más como un conductor que como un
semiconductor, es llamado degenerado.
• Tipo N
Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas quepermiten la aparición de electrones sin huecos asociados a losmismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que"donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia cinco,como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se hadesbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomointroducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrónno ligado, a diferencia de los átomos que conforman laestructura original, por lo que la energía necesaria parasepararlo del átomo será menor que la necesitada para romperuna ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original).Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que losprimeros serán los portadores mayoritarios y los últimos losminoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios seráfunción directa de la cantidad de átomos de impurezasintroducidos.
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el
Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un
electrón.
Dopaje TipoN
• Tipo P
Se llama así al material que tiene átomos de impurezas quepermiten la formación de huecos sin que aparezcan electronesasociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura.Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan"o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como elAluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducidoes neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica delcristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su últimacapa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá atomar electrones de los átomos próximos, generando finalmentemás huecos que electrones, por lo que los primeros serán losportadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igualque en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritariosserá función directa de la cantidad de átomos de impurezasintroducidos.
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro(P dopaje). En el caso del boro le falta un electrón y, portanto, es donado un hueco de electrón.
Dopaje TipoP
• http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductore
s_intr.C3.ADnsecos
• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_se
miconductor_4.htm
• http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%2
9
• http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-
tecnicas/electronica/contenido/electronica/Tema1_SemiCon
duct.pdf
• http://www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdf
• http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconduct ores)
• http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.a
sp