semiconductores

1. semiconductores intrínsecos y los semiconductores
dopados
Según su pureza, se clasifican de la siguiente forma:
Intrínsecos
Intrínsecos
Se dice que 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.
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, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente
eléctrica.

2. 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.

3. structura 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.

4. Semiconductores intrínsecos
Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta
alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su
cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se
dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de átomos de
otros elementos o "impurezas".
Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos
semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita [como el
galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también en su última órbita [como el
antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se convierten en
semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente eléctrica.
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.

5. 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.
El segundo elemento también utilizado como semiconductor, pero en menor
proporción que el silicio, es el cristal de germanio (Ge).

6. Durante mucho tiempo se empleó también el selenio
(S) para fabricar diodos semiconductores en forma de
placas rectangulares, que combinadas y montadas en
una especie de eje se empleaban para rectificar la
corriente alterna y convertirla en directa. Hoy en día,
además del silicio y el germanio, se emplean también
combinaciones de otros elementos semiconductores
presentes en la Tabla Periódica.
Placa individual de 2 x 2 cm de área,
correspondiente a un antiguo diodo
de selenio.
Entre esas combinaciones se encuentra la formada
por el galio (Ga) y el arsénico (As) utilizada para
obtener arseniuro de galio (GaAs), material
destinado a la fabricación de diodos láser
empleados como dispositivos de lectura en CDs de
audio.

7. Lente (señalada con la flecha) detrás de la cual se
encuentra instalado un diodo láser de arseniuro de galio
(GaAs) empleado para leer datos de texto,
presentaciones multimedia o música grabada en un CD.
En esta ilustración el. CD se ha sustituido por un disco
similar transparente de plástico común.
En el caso del silicio (Si) y el germanio (Ge) cuando se encuentran en estado puro, es decir, como elementos
intrínsecos, los electrones de su última órbita tienden a unirse formando "enlaces covalentes", para adoptar
una estructura cristalina. Los átomos de cualquier elemento, independientemente de la cantidad de
electrones que contengan en su última órbita, tratan siempre de completarla con un máximo de ocho, ya sea
donándolos o aceptándolos, según el número de valencia que le corresponda a cada átomo en específico.
Con respecto a los elementos semiconductores, que poseen sólo cuatro electrones en su última órbita, sus
átomos tienden a agruparse formando enlaces covalentes, compartiendo entre sí los cuatro electrones que
cada uno posee, según la tendencia de completar ocho en su órbita externa. Al agruparse de esa forma para
crear un cuerpo sólido, los átomos del elemento semiconductor adquieren una estructura cristalina,
semejante a una celosía. En su estado puro, como ya se mencionó anteriormente, esa estructura no
conduce la electricidad, por lo que esos cuerpos semiconductores se comportan como aislantes.

8. SEMICONDUCTOR DOPADO
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

9. 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".
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.
•Semiconductor tipo P
•Semiconductor tipo N

10. FUENTES DEL
TEMA
www.asifunciona.com
www.profesormolina.com