2. TEORÍA DEL SEMICONDUCTOR
Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede
considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en
orden creciente.
Los semiconductores más conocidos son el siliceo (Si) y el germanio (Ge).
Como todos los demás, el átomo de
silicio tiene tantas cargas positivas en el
núcleo, como electrones en las órbitas
que le rodean. (En el caso del silicio este
número es de 14).
El interés del semiconductor se centra
en su capacidad de dar lugar a la
aparición de una corriente, es decir, que
haya un movimiento de electrones.
Como es de todos conocido, un electrón
se siente más ligado al núcleo cuanto
mayor sea su cercanía entre ambos.
3. Por tanto los electrones que
tienen menor fuerza de
atracción por parte del núcleo
y pueden ser liberados de la
misma, son los electrones que
se encuentran en las órbitas
exteriores.
Estos electrónes pueden,
según lo dicho anteriormente,
quedar libres al inyectarles
una pequeña energía. En
estos recaerá nuestra
atención y es así que en vez
de utilizar el modelo
completo del átomo de silicio
(figura 1), utilizaremos la
representación simplificada
(figura 2) donde se resalta la
zona de nuestro interés
4. 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.
5. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
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
6. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
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
7. SEMICONDUCTORES
EXTRINSECOS ( DOPADOS )
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
8. SEMICONDUCTORES
EXTRINSECOS
(
DOPADOS
)
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
9. se emplean elementos
trivalentes (3 electrones de
valencia) como el Boro (B), Indio
(In) o Galio (Ga) como dopantes.
Puesto que no aportan los 4
electrones necesarios para
establecer los 4 enlaces
covalentes, en la red cristalina
éstos átomos presentarán
un defecto de electrones (para
formar los 4 enlaces covalentes).
De esa manera se originan
huecos que aceptan el paso de
electrones que no pertenecen a la
red cristalina. Así, al material tipo P
también se le denomina donador
de huecos (o aceptador de
electrones).
10. Se emplean como impurezas
elementos pentavalentes (con
5 electrones de valencia) como
el Fósforo (P), el Arsénico (As) o
el Antimonio (Sb). El donante
aporta electrones en exceso,
los cuales al no encontrarse
enlazados, se moverán
fácilmente por la red cristalina
aumentando su conductividad.
De ese modo, el material tipo N
se denomina también donador
de electrones
Semiconductor tipo N:
