Los semiconductores intrínsecos son cristales semiconductores puros con igual número de electrones y huecos. Los semiconductores dopados tienen impurezas agregadas que cambian la cantidad de portadores mayoritarios, ya sea electrones (tipo N) o huecos (tipo P). El dopaje permite controlar las propiedades eléctricas y fue desarrollado originalmente durante la Segunda Guerra Mundial para aplicaciones de radar.

1. TEORÍA DE
SEMICONDUCTORES
Semiconductores Intrínsecos y
Semiconductores Dopados

2. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
 Los semiconductores intrínsecos son los cristales semiconductores puros. A temperatura
ambiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y
huecos debidos a la energía térmica. En ellos, el número de huecos es igual al número de
electrones y es función de la temperatura del cristal.
 La conductividad en ellos a temperatura ambiente no suele ser muy alta, y la cantidad
de electrones libres es igual a la cantidad de huecos presente en el cristal debido al
fenómeno de recombinación. A una determinada temperatura, las velocidades de creación
de pares electrón-hueco, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración
global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo n la concentración de
electrones (cargas negativas) y p la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple
que:

3. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
Ni=n=p
 Siendo la Ni concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la
temperatura. Al someter al cristal a una diferencia de tensión, se producen dos
corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de
la banda de conducción, y por otro lado, la corriente debida al desplazamiento de los
electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos,
originando una corriente de huecos en la dirección contraria al campo eléctrico cuya
velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.

4. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
 Ni = B*T⅔ + e[-Eg/2*K*T]
 Donde:
Ni: Constante del material semiconductor especifico.
Eg : Es la magnitud del nivel de energía entre banda (banda
prohibida).
T: Temperatura en grado Kelvin (K)
K: Constante de Boltzmann 86*10-6 eV/ K
La constante del material para el Silicio (Si) es 5,23*10 15cm-3K-3/2,
para el Arseniuro de Galio (GaAs) es 2,10*1014 cm-3K-3/2 y para el
Germanio (Ge) es de 1,66 cm-3K-3/2.

5. SEMICONDUCTORES DOPADOS
 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.

6. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
 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.

7. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
 Tipos de materiales dopantes
Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición
de electrones sin huecos asociados a los mismos. 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 ha desbalanceado la neutralidad eléctrica,
ya que el átomo introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no
ligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que la
energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada para
romper una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original). Finalmente,
existirán más electrones que huecos, por lo que los primeros serán los portadores
mayoritarios y los últimos los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios
será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

8. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
Tipo N
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo
(dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.

9. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
 Tipo P
Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación de
huecos sin que aparezcan electrones asociados 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 el Aluminio, el Indio
o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará la
neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su
última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar electrones
de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones, por lo
que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al
igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será función
directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

10. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
 El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el
caso del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco de electrón.

11. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
 Historia
El dopaje fue desarrollado originalmente por John Robert Woodyard
mientras trabajaba para la Sperry Gyroscope Company durante la
Segunda Guerra Mundial.[1] La demanda de su trabajo sobre el radar
durante la guerra no le permitió desarrollar más profundamente la
investigación sobre el dopaje, pero durante la posguerra se generó una
gran demanda iniciada por la companía Sperry Rand, al conocerse su
importante aplicación en la fabricación de transistores.[2]

12. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
 Referencias
↑ Patente US No.2,530,110, llenada, 1944, otorgada 1950
↑ Morton, P. L. et al. (1985). «John Robert Woodyard, Ingeniero
eléctrico: Berkeley». Universidad de California: En memoria.
Consultado el 12-08-2007.