SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Y DOPADOS

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.
 Describiremos la importancia y las propiedades
de los semiconductores intrínsecos y los
semiconductores dopados.

3. Los semiconductores son
elementos que tienen una
conductividad eléctrica inferior
a la de un conductor metálico
pero superior a la de un buen
aislante. El semiconductor más
utilizado es el silicio, que es el
elemento más abundante en la
naturaleza, después del
oxígeno. Otros
semiconductores son el
germanio y el selenio.

4.  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

5. Como se puede observar 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.

6.  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.

7.  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’.

8.  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.

9.  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.

10. 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 la ilustración de una oblea (wafer) 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 apropiado se convertirán en.transistores o circuitos integrados. Una vez que los chips
se han convertido en.transistores o circuitos integrados serán desprendidos de la oblea y colocados dentro.de una cápsula
protectora con sus correspondientes conectores externos.

11.  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.

12.  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).

13.  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

14.  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)

15. 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

16. http://fisicadesemiconductores.blogspot.com/
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/
Pagina4.htm
http://quintonochea.wikispaces.com/semiconductores1
http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp
http://www.asifunciona.com
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/
Pagina5.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
http://ecotecnologias.wordpress.com/tag/celdas-solares/