Ensayo ENRICH (sesión clínica, Servicio de Neurología HUCA)
Semiconductores intrinsecos y dopados
1.
2. INTRODUCCION
• Un semiconductor es un material o
compuesto que tiene propiedades aislantes o
conductoras. Algunos 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.
3. Es un cristal de silicio o germanio que forma una
estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces
covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por
simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente
algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a
la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de
valencia. Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de
1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.
4. • El proceso inverso también se produce, de modo que los
electrones pueden “caer”, desde el estado energético
correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en
la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se
le denomina recombinación. Sucede que, a una
determinada temperatura, las velocidades de creación de
pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la
concentración global de electrones y huecos permanece
constante. Siendo "n" la concentración de electrones
(cargas negativas) y "p" la concentración de huecos
(cargas positivas), se cumple que:
ni = n = p
siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor
función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento.
5. Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los
semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la
corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se
producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de
los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al
desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán
a “saltar” a los huecos próximos (2), originando una corriente de
huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico
cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.
6. SEMICONDUCTORES DOPADOS
• En la producción de semiconductores, se
denomina dopaje al proceso intencional de
agregar impurezas en un semiconductor
extremadamente puro (también
llamado intrínseco) con el fin de cambiar sus
propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas
dependen del tipo de semiconductores a dopar. A
los semiconductores con dopajes ligeros y
moderados se los conoce como extrínsecos. Un
semiconductor altamente dopado, que actúa más
como un conductor que como un semiconductor,
es llamado “degenerado”.
7. • El número de átomos dopantes necesitados para
crear una diferencia en las capacidades
conductoras de un semiconductor es muy
pequeña. Cuando se agregan un pequeño
número de átomos dopantes (en el orden de 1
cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice
que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan
muchos más átomos (en el orden de 1 cada
10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es
alto o pesado. Este dopaje pesado se representa
con la nomenclatura N+ para material de tipo N,
o P+ para material de tipo P.
8. • Tipo N
• Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que
permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los
mismos. Los átomos de este tipo se llaman “donantes” ya que
"donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia cinco, como
el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se ha desbalanceado la
neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor
es neutro, pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los
átomos que conforman la estructura original, por lo que la energía
necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada
para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del
semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que
huecos, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y
los últimos los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios
será función directa de la cantidad de átomos de impurezas
introducidos.
9. • Tipo P
• Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que
permiten la formación de huecos sin que aparezcan electrones
asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura.
Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o
toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio,
el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro,
por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero
debido a que solo tiene tres electrones en su última capa
de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar
electrones de los átomos próximos, generando finalmente más
huecos que electrones, por lo que los primeros serán los
portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual
que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios
será función directa de la cantidad de átomos de impurezas
introducidos.
10. CONCLUSIONES
• Cuando a un elemento semiconductor le aplicamos
una diferencia de potencial o corriente eléctrica, se
producen dos flujos contrapuestos: uno producido por
el movimiento de electrones libres que saltan a la
“banda de conducción” y otro por el movimiento de los
huecos que quedan en la “banda de valencia” cuando
los electrones saltan a la banda de conducción.
• Cuando aplicamos una diferencia de potencial a
un.elemento semiconductor, se establece
una.“corriente de electrones” en un sentido y
otra.“corriente de huecos” en sentido opuesto.
11. FUENTES DE INFORMACION
• http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semicon
ductores)
• http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor