TELESUP Semiconductores

2. SEMICONDUCTORES
Los materiales semiconductores, según su pureza, se clasifican de la siguiente forma:
1. Intrínsecos
2. Extrínsecos
SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
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.

3. 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.

4. 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.

5. 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".

6. 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.

7. Dopado de un semiconductor
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.
Caso 1
Impurezas de valencia 5 (Arsénico, Antimonio, Fósforo). Tenemos un
cristal de Silicio dopado con átomos de valencia 5.

8. 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.
Siguen dándose las reacciones anteriores. Si
metemos 1000 átomos de impurezas tendremos 1000
electrones más los que se hagan libres por
generación térmica (muy pocos).

9. A estas impurezas se les llama "Impurezas Donadoras". El
número de electrones libres se llama n (electrones libres/m3).

10. 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
Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio

11. 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".

13. IMÁGENES DE SEMICONDUCTORES DOPADOS

14. REFERENCIAS
Universidad Modelo
Asignatura:
INGENIERIA MECATRONICA
Semiconductores Dopados
Semiconductores tipo P y tipo N
Union P-N
www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp
www.etitudela.com/Electrotecnia/electronica/.../index.html
es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

15. GRACIAS