SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS Y
DOPADOS
JUAN HERMAN FARIAS FEIJOO
Clasificación de Sólidos cristalinos en función
de sus propiedades eléctricas

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SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Y EXTRÍNSECOS O DOPADOS
Semiconductor Intrínseco:

 Intrínseco indica un material semiconduct...
SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
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SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO

Modelo de bandas de energía: Conducción intrínseca

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SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
En un semiconductor perfecto, las concentraciones de electrones y de huecos son
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SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
Efecto de la temperatura

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SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
La densidad de estados es el número de estados electrónicos posibles por
unidad de volumen y por ...
Función de distribución de Fermi-Dirac
Los electrones son fermiones, i. e., partículas que cumplen el principio de exclusi...
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
Los semiconductores extrínsecos se forman
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SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
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En los semiconductores tipo n, los electrones son los portado...
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Semiconductores intrínsecos y dopados

  1. 1. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y DOPADOS JUAN HERMAN FARIAS FEIJOO
  2. 2. Clasificación de Sólidos cristalinos en función de sus propiedades eléctricas En los sólidos, debido a la interacción entre los átomos que forman el cristal, aparece un desdoblamiento de estados  desdoblamiento de energías. Cada nivel en el átomo forma una banda. Para la distancia interátomica de equilibrio pueden las bandas estar:  Solapadas  METAL Aparece un  Separadas (0.5-4 eV) SEMICONDUCTOR GAP de  Muy separadas (> 4eV) AISLANTE energías no permitidas: Eg
  3. 3. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y EXTRÍNSECOS O DOPADOS Semiconductor Intrínseco:  Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro  contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas. Semiconductor Extrínseco o Dopado:  Un pequeño porcentaje de átomos del semiconductor intrínseco se sustituye por átomos de otro elemento (impurezas o dopantes).
  4. 4. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO 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.  Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar libre un e- para moverse en la estructura cristalina  El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia positiva) en la estructura cristalina. De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-), pero también hay un segundo tipo de portador: el hueco (h+)
  5. 5. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO Modelo de bandas de energía: Conducción intrínseca FFI-UPV.es http://www.politecnicocartagena.com
  6. 6. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO En un semiconductor perfecto, las concentraciones de electrones y de huecos son iguales: n = p = ni FFI-UPV.es n: número de electrones (por unidad de volumen) en la banda de conducción p: número de huecos (por unidad de volumen) en la banda de valencia ni: concentración intrínseca de portadores FFI-UPV.es
  7. 7. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO Efecto de la temperatura FFI-UPV.es
  8. 8. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO La densidad de estados es el número de estados electrónicos posibles por unidad de volumen y por unidad de energía. En un metal (los electrones son libres): Puede considerarse como una función continua en E Está expresión también será válida para un semiconductor cristalino (electrones quasi-libres, ligados a un potencial periódico) Para adaptarla, se tiene que introducir EC, EV y m*
  9. 9. Función de distribución de Fermi-Dirac Los electrones son fermiones, i. e., partículas que cumplen el principio de exclusión de Pauli Así, vendrán gobernados por la estadística de Fermi: 1 f E [4] E EF kT e 1 f(E) es la probabilidad que un estado de energía E esté ocupado, EF es el nivel de Fermi, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta. http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/semicon/fermi/functionAndStates/functionAndStates.html Aproximación de Boltzmann electrones fc E f E hue cos fp E 1 f E exp E exp E F / kT para EF E EF E / kT p ara ( E F 3 kT E) 5 3 kT 6
  10. 10. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de porta-dores de carga libres. Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semi-conductores dopados. En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n.
  11. 11. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS Para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y tipo p los de la III
  12. 12. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS SEMICONDUCTOR TIPO N En general, los elementos de la columna V convierten al Si en tipo n. Estos elementos tienen cinco electrones de valencia en su última capa y se les llama impurezas dadoras.
  13. 13. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS SEMICONDUCTOR TIPO P En general, los elementos de la columna V convierten al Si en tipo n. Estos elementos tienen cinco electrones de valencia en su última capa y se les llama impurezas dadoras.
  14. 14. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS Densidad de portadores En los semiconductores tipo n, los electrones son los portadores mayoritarios. En los semiconductores tipo p, los huecos son los portadores mayoritarios. La ley de acción de masas se cumple para semiconductores extrínsecos, en equilibrio térmico Nc, N v Eg ctes . n0 p0 f n 2 ni 15 Para cumplir la neutralida d de la carga : q n0 NA q p0 ND 16 De ambas : n0 ND NA 2 ND NA 2 1/ 2 2 2 ni 17
  15. 15. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS Densidad de portadores
  16. 16. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS Nivel de Fermi n p n i exp n i exp EF Ei kT Ei EF kT n0 p0 20 21

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