El documento resume los conceptos básicos de los semiconductores. Explica que los semiconductores son elementos que pueden comportarse como conductores o aislantes dependiendo de factores como la temperatura. Luego describe los semiconductores intrínsecos y extrínsecos (dopados), indicando que el dopaje aumenta drásticamente la conductividad al introducir electrones (tipo n) o huecos (tipo p). Finalmente, resume brevemente cómo las bandas de energía explican el comportamiento de los semiconductores dopados.

1. Universidad Privada Telesup Alumno :
 Vega Ocampo Walter Alexis
 Curso:
 Física Electrónica
 Tema:
 Semiconductores
 Agosto 2013

2. Que es un semiconductor
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor
o como 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
El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el
germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las
combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los
grupos 16 y 15 respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y
SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre.

3.  Semiconductor Intrínseco:
 Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene
 una cantidad insignificante de átomos de impurezas. En él se cumple: n =·p = n ¡
 n! varía exponencialmente con la temperatura
 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.

 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.
 Los elementos semiconductores por excelencia son el silicio y el germanio, aunque
existen otros elementos como el estaño, y compuestos como el arseniuro de galio
que se comportan como tales.

4.  Tomemos como 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.

5.  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.
 Si un electrón de valencia se convierte en electrón de conducción
deja una posición vacante, y si aplicamos un campo eléctrico al
semiconductor, este “hueco” puede ser ocupado por otro electrón de
valencia, que deja a su vez otro hueco. Este efecto es el de una
carga +e moviéndose en dirección del campo eléctrico. A este
proceso le llamamos „generación térmica de pares electrón-hueco‟.

6.  Paralelamente a este proceso se da el de „recombinación‟.Algunos
electrones de la banda de conducción pueden perder energía(emitiéndola
en forma de fotones, por ejemplo), y pasar a la de valencia ocupando un
nivel energético que estaba libre, o sea , “ recombinándose” con un hueco. A
temperatura constante, se tendrá un equilibrio entre estos dos
procesos, con el mismo número de electrones en la banda de conducción
que el de huecos en la de valencia.
 Este fenómeno de la conducción asociada a la formación de pares en el
semiconductor se denomina conducción intrínseca. Se cumple que
 p = n = ni --> Donde p y n son las concentraciones de huecos y electrones
respectivamente, y ni es la concentración de portadores intrínsecos.

7.  Corriente de Semiconductor
 En un semiconductor intrínseco, ambos electrones y huecos contribuyen al
flujo de corriente.
La corriente que fluirá en un semiconductor intrínseco consiste en
corriente de ambos electrones y huecos. Es decir, los electrones que
han sido liberados de sus posiciones en la red dentro de la banda de
conducción, se pueden mover a través del material. Además, otros
electrones pueden saltar entre las posiciones de la red para llenar las
vacantes dejadas por los electrones liberados. Este mecanismo
adicional se llama conducción de huecos, porque es como si los
huecos estuvieran emigrando a través del material en dirección
opuesta al movimiento de electrones libres.

8.  El flujo de corriente en un semiconductor intrínseco está influenciado por la
densidad de estados de energía la cual a su vez, influencia la densidad de
electrones en la banda de conducción. Esta corriente es dependiente
altamente de la temperatura.
 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.  Semiconductores dopados:

 Para aumentar la conductividad (que sea más conductor) de un SC (Semiconductor), se le suele
dopar o añadir átomos de impurezas a un SC intrínseco, un SC dopado es un SC extrínseco.
 Ahora bien, esta corriente que aparece es de muy pequeño valor, pues son pocos los electrones
que podemos arrancar de los enlaces entre los átomos de silicio. Para aumentar el valor de dicha
corriente tenemos dos posiblidades:
 Aplicar una tensión de valor superior
 Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el exterior
 La primera solución no es factible pues, aún aumentando mucho el valor de la tensión aplicada, la
corriente que aparece no es de suficiente valor. La solución elegida es la segunda.
 En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".

 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.

10. Semiconductor Tipo N
 La adición de impurezas
pentavalentes como el
antimonio, arséniso, o
fósforo, aportan
electrones
libres, aumentando
considerablemente la
conductividad del
semiconductor intrínseco.
El fósforo se puede
añadir por difusión del
gas fosfina (PH3).

11. Semiconductor Tipo P
 La adición de
impurezas trivalentes
tales como boro,
aluminio, o galio a un
semiconductor
intrínseco, crean unas
deficiencias de
electrones de valencia,
llamadas "huecos". Lo
normal es usar el gas
diborano B2H6, para
difundir el boro en el
material de silicio.

12. 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.