Este documento resume los tipos principales de semiconductores, incluyendo semiconductores intrínsecos puros y semiconductores dopados tipo N y P. Los semiconductores intrínsecos solo contienen el elemento semiconductor puro, mientras que los semiconductores dopados contienen pequeñas cantidades de impurezas que añaden electrones libres o huecos.
1. • SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
• SEMICONDUCTORES DOPADOS
CARRERA : INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA
CURSO : FISICA ELECTRONICA
ALUMNO : MANUEL SILVESTRE BENITO ZEBALLOS
ODE : CAJAMARCA
2. SEMICONDUCTORES
Es un elemento que
funciona como
un conductor o como
un aislante dependiendo
de algunos factores,
como el campo eléctrico
o magnético,
la radiación, la presión o
la temperatura del
ambiente en el que se
encuentre. El
semiconductor más
utilizado es el silicio y los
otros semiconductores
son el germanio y el
selenio.
4. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Es un semiconductor puro. A
temperatura ambiente se
comporta como un aislante
porque solo tiene unos pocos
electrones libres y huecos
debidos a la energía térmica.
En un semiconductor intrínseco
también hay flujos de electrones
y huecos, aunque la corriente
total resultante sea cero. Esto se
debe a que por acción de la
energía térmica se producen los
electrones libres y los huecos por
pares, por lo tanto hay tantos
electrones libres como huecos
con lo que la corriente total es
cero.
5. FUNCIONES INTRÍNSECOS
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.
6. LOS SEMICONDUCTORES Y LA BANDA DE
CONDUCCION
Observamos en la ilustración, en el caso
de los semiconductores el espacio
correspondiente a la banda prohibida es
mucho más estrecho en comparación
con los materiales aislantes.
La energía de salto de banda (Eg)
requerida por los electrones para saltar
de la banda de valencia a la de
conducción es de 1 eV
aproximadamente. En los
semiconductores de silicio (Si), la energía
de salto de banda requerida por los
electrones es de 1,21 eV, mientras que
en los de germanio (Ge) es de 0,785 eV.
7. La tensión aplicada en la figura forzará a los electrones libres a circular hacia la
derecha (del terminal negativo de la pila al positivo) y a los huecos hacia la
izquierda.
8. ESTRUCTURA Y CARACTERISTICA
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
Cada átomo de silicio (Si), ocupa siempre el
centro de un cubo que posee otros 4 átomos
de silicio en cuatro de sus vértices. Esta
estructura cristalina obliga al átomo a estar
rodeado por otros cuatro iguales, formándose
los llamados enlaces covalentes, en los que
participa cada electrón en dos átomos
contiguos.
9. SEMICONDUCTORES DOPADOS
Los semiconductores dopados se
obtienen artificialmente
añadiendo impurezas a los
semiconductores intrínsecos. Estos
nuevos semiconductores se
denominan DOPADOS.
Existen dos clase de
semiconductores dopados:
semiconductores N y
semiconductores P.
Si aplicamos una tensión al cristal de
silicio, el positivo de la pila intentará
atraer los electrones y el negativo los
huecos favoreciendo así la aparición
de una corriente a través del circuito
10. CLASES DE SEMICONDUCTORES DOPADOS
Existen dos clases de semiconductores dopados:
• semiconductores N
• semiconductores P
11. SEMICONDUCTORES TIPO ‘N’
Un semiconductor N se obtiene añadiendo un pequeño número de átomos pentavalentes
(con cinco electrones en su última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos átomos pueden
ser de P, As o Sb. De los cinco electrones, cuatro realizan enlaces covalentes con los átomos
del semiconductor intrínseco y el otro será libre. A temperatura ambiente los electrones libres
de un semiconductor N provienen de los electrones sobrantes de las impurezas y de los
electrones térmicos (o liberados por energía térmica). Así pues, un semiconductor tipo N posee
más electrones libres que el correspondiente semiconductor intrínseco y por tanto la
conductividad será mayor. También el número de electrones libres es mayor que el de huecos.
La corriente eléctrica en el semiconductor N es también debida a electrones y huecos. Los
electrones son portadores mayoritarios y los huecos son portadores minoritarios.
12. EXTRINSECOS TIPO ‘N’
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.
13. SEMICONDUCTORES TIPO ‘P’
Un semiconductor tipo P es el resultado de añadir un pequeño número de átomos trivalentes
(con tres electrones en la última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos tres electrones
formaran enlaces covalentes con los átomos del semiconductor intrínseco. Queda por lo
tanto un electrón del semiconductor intrínseco sin emparejar para formar el enlace
covalente. Esto es, habrá un hueco donde cabría un electrón. Los átomos que se añaden
pueden ser de Al, B o Bi. En un semiconductor P existen, pues, huecos debidos a la falta de
electrones para formar enlaces covalentes, electrones libres térmicos y sus correspondientes
huecos. El número de huecos será por lo tanto mayor en un semiconductor dopado P que en
el correspondientes semiconductor intrínseco. Al conectar un generador externo, los huecos
se moverán hacia el polo negativo del generador y los electrones libres hacia el polo positivo.
Los huecos serán los portadores mayoritarios y los electrones térmicos los portadores
minoritarios.
14. EXTRINSECOS 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.
15. FUNCION DE DOPAJE
El dopaje es un 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.
16. CARACTERISTICAS
En la actualidad el elemento más utilizado para fabricar semiconductores para el uso de la
industria electrónica es el cristal de silicio (Si) por ser un componente relativamente barato de
obtener. La materia prima empleada para fabricar cristales semiconductores de silicio es la
arena, uno de los materiales más abundantes en la naturaleza. En su forma industrial primaria
el cristal de silicio tiene la forma de una oblea de muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25 mm
aproximadamente), pulida como un espejo.
A la izquierda se muestra una oblea o cristal semiconductor de Silicio pulida con brillo de
espejo, destinada a la fabricación de transistores y circuitos. integrados. A la derecha
aparece la cuarta parte de la oblea conteniendo cientos de minúsculos dados o “chips”, que
se pueden obtener de cada una. Esos chips son los que después de pasar por un proceso
tecnológico se convertirán en transistores o circuitos integrados. Luego serán desprendidos de
la oblea y colocados dentro. de una cápsula protectora con sus conectores externos.
17. MECANISMO DE CONDUCCIÓN DE UN SEMICONDUCTOR
Cuando a un elemento semiconductor le aplicamos una diferencia de
potencial o corriente eléctrica, se producen dos flujos contrapuestos: uno
producido por el movimiento de electrones libres que saltan a la “banda de
conducción” y otro por el movimiento de los huecos que quedan en la
“banda de valencia” cuando los electrones saltan a la banda de conducción.
Cuando aplicamos una diferencial de potencial a un elemento semiconductor, se
establece una corriente de electrones en un sentido y otra corriente de huecos en el
sentido opuesto.
