Semiconductores intrínsecos y semiconductores dopadosLuis Palacios Aguirre| Universidad Privada Telesup | Física de los semiconductores

Introducción

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un 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.

Semiconductores intrínsecos

Los Semiconductores Intrínsecos son aquellos materiales que presentan una conductividad nula a bajas temperaturas, pero que pueden ser débilmente conductores a temperatura ambiente, debido a que la anchura de la Banda Prohibida no es elevada, lo que hace que la resistividad del material, con ser alta no sea infinita.

Semiconductores intrínsecos

Algunos de los semiconductores intrínsecos, o en estado de máxima pureza más conocidos son el Silicio (Si), el Germanio (Ge), o el Arseniuro de Galio (AsGa). En este tipo de semiconductor existe un equilibrio entre el número de electrones libres (n) y el número de huecos libres (p) .

Semiconductores intrínsecos

• Cristales sin impurezas ni defectos en la red (idealmente, claro)• Conforme la temperatura aumenta, hay generación de pares electrón-hueco.• Obviamente,

n = p = ni• Ni varía exponencialmente con la temperatura

Semiconductores extrínsecos

Los semiconductores extrínsecos, son aquellos en que se ha introducido un elemento contaminante, llamado impureza, generalmente del grupo III o V de la tabla periódica, que cambia drásticamente las propiedades de conducción del material intrínseco, reduciendo enormemente la resistividad del mismo. Se distinguen dos tipos de semiconductores extrínsecos:

TIPO P (n < p) TIPO N (n > p)

Semiconductores extrínsecos

Cada ion de silicio está acoplado a sus cuatro vecinos más cercanos por una de dos electrones enlace covalente. Los electrones pertenecen a la unión , no a la persona átomos, un átomo de silicio es reemplazado por un átomo de fósforo, el electrón "extra " es sólo unido débilmente a su núcleo de iones

Semiconductores extrínsecos

y puede ser fácilmente elevada a la conducción banda, donde es libre para pasear por el volumen de la red.

Un átomo de silicio se sustituye por un átomo de aluminio ( valencia = 3 ) . Existe ahora un agujero en uno de los enlaces covalentes.

Semiconductor extrínseco tipo P dopado de Aluminio

Es el que está con impurezas “acetonas", que son impurezas trivalentes. Como el número de huecos supera el número de electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios.

Semiconductor extrínseco tipo P dopado de Aluminio

Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo.

Es el que está con impurezas "Donadoras", que son impurezas pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben el nombre de "portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios".

Semiconductor extrínseco tipo N dopado de Antimonio

Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito externo entra al semiconductor y se recombina con el hueco.

Semiconductor extrínseco tipo N dopado de Antimonio

Bandas en Semiconductores Dopados

La aplicación de la teoría de bandas a los semiconductores de tipo n y tipo p muestra que los niveles adicionales se han añadido por las impurezas. En el material de tipo n hay electrones con niveles de energía cerca de la parte superior de la banda prohibida, de modo que pueden ser fácilmente excitados hacia la banda de conducción. En el material de tipo p, los huecos adicionales en la banda prohibida, permiten la excitación de los electrones de la banda de valencia, dejando huecos móviles en la banda de valencia.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/imgsol/bandop.gif

Semiconductores intrínsecos ejemplo el silicio en su modelo bidimensional

Vemos como cada átomo de silicio se rodea de sus 4 vecinos próximos con lo que comparte sus electrones de valencia.

A 0ºK todos los electrones hacen su papel de enlace y tienen energías correspondientes a la banda de valencia. Esta banda estará completa, mientras que la de conducción permanecerá vacía. Es cuando hablamos de que el conductor es un aislante perfecto.

Ahora bien, si aumentamos la temperatura, aumentará por consiguiente la energía cinética de vibración de los átomos de la red, y algunos electrones de valencia pueden absorber de los átomos vecinos la energía suficiente para liberarse del enlace y moverse a través del cristal como electrones libres. Su energía pertenecerá a la banda de conducción, y cuanto más elevada sea la temperatura más electrones de conducción habrá, aunque ya a temperatura ambiente podemos decir que el semiconductor actúa como conductor.

Semiconductores intrínsecos: Tipos de impurezas

Dadoras: Aquellas impurezas con 1 electrón de más en la última capa. Ejemplo: Si (3s2, 3p2) dopado con As (4s2, 4p3)

Aceptoras: Aquellas impurezas con 1 electrón de menos en la última capa. Ejemplo: Si (3s2, 3p2) dopado con Ga (4s2, 4p1)

Fuentes

• http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor• http://www.uhu.es/rafael.lopezahumada/descargas/Tema1_introtec.pdf• http://4.bp.blogspot.com/-D-lsfnVS6FE/Ty2AWp-768I/AAAAAAAAABw/b7ZnSvJp2SI/s200/20070822klpingtcn_

106.Ges.SCO.png• http://4.bp.blogspot.com/-Q4lUTlosIZ4/T8l8cGRmyWI/AAAAAAAAAIY/s4xCRowyIu8/s1600/3.jpg • http://www.ujaen.es/investiga/solar/07cursosolar/home_main_frame/03_celula/01_basico/images/tipo_p.gif • http://www.ujaen.es/investiga/solar/07cursosolar/home_main_frame/03_celula/01_basico/images/tipo_n.gif• http://quintonochea.wikispaces.com/file/view/semi.jpg/30788513/semi.jpg • http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/images/circuitos/SC_Extrins/T2SC_Extrins2.gif • http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/images/circuitos/SC_Extrins/T2SC_Extrins1.gif • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/imgsol/psem2.gif • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/imgsol/nsem.gif• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/imgsol/bandop.gif• http://galeon.hispavista.com/fisicauva/img/1.jpg • http://3.bp.blogspot.com/-pSlMlwc7ioE/TzR435PKGUI/AAAAAAAAACo/TqgYoSR2NWk/s1600/Sei.jpg