El documento describe las propiedades de los semiconductores intrínsecos y dopados. Explica que los semiconductores intrínsecos son materiales semipuros donde la cantidad de electrones libres es igual a la cantidad de huecos. Los semiconductores dopados se crean al añadir impurezas al semiconductor intrínseco, dando lugar a semiconductores tipo P con exceso de huecos o tipo N con exceso de electrones. El dopaje permite modificar las propiedades eléctricas del material semiconductor.
2. • Un semiconductor es un material o compuesto que
tiene propiedades aislantes o conductoras. Unos
de los elementos más usados como
semiconductores son el silicio, el germanio y
selenio, además hay otros que no son elementos
como los mencionados anteriormente si no que son
compuestos como lo son el Arseniuro de Galio, el
Telururo de Plomo y el Seleniuro de Zinc.(1)
• Describiremos la importancia y las propiedades de
los semiconductores intrínsecos y los
semiconductores dopados.
3. • 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.
• Intrínseco indica un material semiconductor
extremadamente puro contiene una cantidad
insignificante de átomos de impurezas. Donde n=p=ni
4. • Cuando los electrones libres
llegan la extremo derecho del
cristal, entran al conductor
externo (normalmente un hilo
de cobre) y circulan hacia el
terminal positivo de la batería.
Por otro lado, los electrones
libres en el terminal negativo de
la batería fluirían hacia el
extremos izquierdo del cristal.
Así entran en el cristal y se
recombinan con los huecos que
llegan al extremo izquierdo del
cristal. Se produce un flujo
estable de electrones libres y
huecos dentro del
semiconductor.
5. • 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. • 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.
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.
7. • El dopaje consiste en
sustituir algunos átomos de
silicio por átomos de otros
elementos. A estos últimos
se les conoce con el
nombre de impurezas.
Dependiendo del tipo de
impureza con el que se
dope al semiconductor
puro o intrínseco aparecen
dos clases de
semiconductores.(5)
• Semiconductor tipo P
• Semiconductor tipo N
Sentido del movimiento de un electrón y un
hueco en el silicio.
8. • Impurezas de valencia 5
(Arsénico, Antimonio,
Fósforo). Tenemos un cristal
de Silicio dopado con
átomos de valencia 5
• Los átomo de valencia 5
tienen un electrón de más,
así con una temperatura no
muy elevada (a temperatura
ambiente por ejemplo), el 5º
electrón se hace electrón
libre. Esto es, como solo se
pueden tener 8 electrones en
la órbita de valencia, el
átomo pentavalente suelta
un electrón que será libre.
9. • Impurezas de valencia 3 (Aluminio,
Boro, Galio). Tenemos un cristal de
Silicio dopado con átomos de valencia
3.
• Los átomo de valencia 3 tienen un
electrón de menos, entonces como nos
falta un electrón tenemos un hueco.
Esto es, ese átomo trivalente tiene 7
electrones en la orbita de valencia. Al
átomo de valencia 3 se le llama "átomo
trivalente" o "Aceptor".
• A estas impurezas se les llama
"Impurezas Aceptoras". Hay tantos
huecos como impurezas de valencia 3 y
sigue habiendo huecos de generación
térmica (muy pocos). El número de
huecos se llama p (huecos/m3).
10. • Para los semiconductores
del Grupo IV como Silicio,
Germanio y Carburo de
silicio, los dopantes más
comunes son elementos del
Grupo III o del Grupo V.
Boro, Arsénico, Fósforo, y
ocasionalmente Galio, son
utilizados para dopar al
Silicio.
Ejemplo de dopaje de Silicio por el
Fósforo (dopaje Tipo N). En el caso
del Fósforo, se dona un electrón
11. • 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.La cantidad de
portadores mayoritarios
será función directa de la
cantidad de átomos de
impurezas introducidos.
En el doping tipo p, la creación de
agujeros, es alcanzada mediante la
incorporación en el silicio de átomos con 3
electrones de valencia, generalmente se
utiliza boro.(9)
12. 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.
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
