FISICA ELECTRÓNICA
CARLOS ALBERTO GARCIA BARTRA
INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA
SEMICONDUCTOR
Es un elemento que se comporta como un conductor o como
un aislante dependiendo de diversos factores, como p...
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Se dice que un semiconductor es
“intrínseco” cuando se encuentra
en estado puro, o sea, que no...
Es un cristal de silicio o germanio que forma una
estructura tetraédrica similar a la del
carbono mediante enlaces covalen...
A simple vista es imposible que un semiconductor
permita el movimiento de electrones
a través de sus bandas de energía
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El cristal de silicio es diferente de un aislante porque
a cualquier temperatura por encima del cero
absoluto, existe una ...
En un semiconductor intrínseco, ambos electrones y huecos contribuyen al flujo
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Electrones y Huecos
En un semiconductor intrínseco como el silicio a temperatura por encima del cero absoluto, habrá
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En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar
impurezas en un semiconductor ex...
Semiconductores extrínsecos tipo N
Son los que están dopados, con elementos
pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb).
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Semiconductores extrínsecos tipo P
En este caso son los que están dopados
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La adición de un pequeño porcentaje de átomos extraños en la red cristalina regular de silicio o
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Impurezas trivalentes
Los átomos de impurezas con 3 electrones de valencia, producen semiconductores de tipo p,
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Fuentes referenciales
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm
http://fisicauva.galeon.co...
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Semiconductores

  1. 1. FISICA ELECTRÓNICA CARLOS ALBERTO GARCIA BARTRA INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA
  2. 2. 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. Elemento Grupos Electrones en la 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-
  3. 3. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS 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. Estructura cristalina de un semiconductor intrínseco, compuesta solamente por átomos de silicio (Si) que forman una celosía. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear así un cuerpo sólido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportará igual que si fuera un cuerpo aislante.
  4. 4. Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente. Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni = n = p siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento. Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27 ºC): ni(Si) = 1.5 1010cm-3ni(Ge) = 1.73 1013cm-3 Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos (2), originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.
  5. 5. A simple vista es imposible que un semiconductor permita el movimiento de electrones a través de sus bandas de energía * Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor es un aislante porque todos los e- están formando enlaces.
  6. 6. El cristal de silicio es diferente de un aislante porque a cualquier temperatura por encima del cero absoluto, existe una probabilidad finita de que un electrón en la red sea golpeado y sacado de su posición, dejando tras de sí una deficiencia de electrones llamada "hueco". Si se aplica un voltaje, entonces tanto el electrón como el hueco pueden contribuir a un pequeño flujo de corriente. La conductividad de un semiconductor puede ser modelada en términos de la teoría de bandas de sólidos. El modelo de banda de un semiconductor sugiere que, a temperaturas ordinarias hay una posibilidad finita de que los electrones pueden alcanzar la banda de conducción, y contribuir a la conducción eléctrica. El término intrínseco aquí, distingue entre las propiedades del silicio puro "intrínseco", y las propiedades radicalmente diferentes del semiconductor
  7. 7. En un semiconductor intrínseco, ambos electrones y huecos contribuyen al flujo de corriente.
  8. 8. Electrones y Huecos En un semiconductor intrínseco como el silicio a temperatura por encima del cero absoluto, habrá algunos electrones que serán excitados, cruzarán la banda prohibida y entrando en la banda de conducción, podrán producir corriente. Cuando el electrón del silicio puro atraviesa la banda prohibida, deja tras de sí un puesto vacante de electrones o "hueco" en la estructura cristalina del silicio normal. Bajo la influencia de una tensión externa, tanto el electrón como el hueco se pueden mover a través del material. En un semiconductor tipo n, el dopante contribuye con electrones extras, aumentando drásticamente la conductividad. En un semiconductor tipo p, el dopante produce vacantes adicionales o huecos, que también aumentan la conductividad. Sin embargo, el comportamiento de la unión p-n es la clave para la enorme variedad de dispositivos electrónicos de estado sólido.
  9. 9. 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. 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.
  10. 10. 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. 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.
  11. 11. Semiconductores extrínsecos 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.
  12. 12. La adición de un pequeño porcentaje de átomos extraños en la red cristalina regular de silicio o germanio, produce unos cambios espectaculares en sus propiedades eléctricas, dando lugar a los semiconductores de tipo n y tipo p. Impurezas pentavalentes Los átomos de impurezas con 5 electrones de valencia, producen semiconductores de tipo n, por la contribución de electrones extras.
  13. 13. Impurezas trivalentes Los átomos de impurezas con 3 electrones de valencia, producen semiconductores de tipo p, por la producción de un "hueco" o deficiencia de electrón. Los dispositivos semiconductores tienen muchas aplicaciones en la ingeniería eléctrica. Los últimos avances de la ingeniería han producido pequeños chips semiconductores que contienen cientos de miles de transistores. Estos chips han hecho posible un enorme grado de miniaturización en los dispositivos electrónicos. La aplicación más eficiente de este tipo de chips es la fabricación de circuitos de semiconductores de metal - óxido complementario o CMOS, que están formados por parejas de transistores de canal p y n controladas por un solo circuito. Además, se están fabricando dispositivos extremadamente pequeños utilizando la técnica epitaxial de haz molecular.
  14. 14. Fuentes referenciales http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas- tecnicas/electronica/contenido/electronica/Tema1_SemiConduct.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/intrin.html http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/dope.html http://www.ilustrados.com/tema/3473/Propiedades-algunos-conductores-aislantes.html

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