UNIVERSIDAD TELESUP

1. SEMICONDUCTORES
NORIEGA MALDONADO, Jesús David.
4 ciclo Ing. De Sistema.

2. SEMICONDUCTORES
Definición
 Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un
aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo
eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura
del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores
de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.
Elemento Grupos
Electrones en
la última capa
Cd 12 2 e-
Al, Ga, B, In 13 3 e-
Si, C, Ge 14 4 e-
P, As, Sb 15 5 e-
Se, Te, (S) 16 6 e-

3.  El elemento semiconductor más
usado es el silicio, el segundo el
germanio, aunque idéntico
comportamiento presentan las
combinaciones de elementos de los
grupos 12 y 13 con los de los grupos
16 y 15 respectivamente (Ga, As, PIn,
AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd).
Posteriormente se ha comenzado a
emplear también el azufre. La
característica común a todos ellos es
que son tetravalentes, teniendo el
silicio una configuración electrónica
s²p².

4. SEMICONDUCTORES
"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.

5. A ELEVADA TEMPERATURA…
 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. OBSERVACIÓN
 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.

7. CRISTALIZACIÓN…
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.

8. SEMICONDUCTORES
“DOPADOS"
 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. 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.
 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.

9. ELEMENTOS DOPANTES
Semiconductores de Grupo IV
 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.

10. Tipos de materiales
dopantes

11. 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
semiconductores. 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.
 El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por
el Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se
dona un electrón.

12. 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.
 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.

13. Dopaje en
conductores orgánicos
 Los polímeros conductores pueden ser dopados
al agregar reactivos químicos que oxiden (o
algunas veces reduzcan) el sistema, para ceder
electrones a las órbitas conductoras dentro de
un sistema potencialmente conductor.
 Existen dos formas principales de dopar un
polímero conductor, ambas mediante un proceso
de reducción-oxidación. En el primer método,
dopado químico, se expone un polímero, como la
melanina (típicamente una película delgada), a
un oxidante (típicamente yodo o bromo) o a un
agente reductor (típicamente se utilizan metales
alcalinos, aunque esta exposición es bastante
menos común). El segundo método es el dopaje
electroquímico, en la cual un electrodo de
trabajo, revestido con un polímero, es
suspendido en una solución electrolítica, en la
cual el polímero es insoluble, junto al electrodo
opuesto, separados ambos. Se crea una
diferencia de potencial eléctrico entre los
electrodos, la cual hace que una carga (y su
correspondiente ion del electrolito) entren en el
polímero en la forma de electrones agregados
(dopaje tipo N) o salgan del polímero (dopaje
tipo P), según la polarización utilizada.

14. RAZONES…
 La razón por la cual el dopaje
tipo N es mucho menos común es
que la atmósfera de la tierra, la
cual es rica en oxígeno, crea un
ambiente oxidante. Un polímero
tipo N rico en electrones
reaccionaría inmediatamente con
el oxígeno ambiental y se
desdoparía (o reoxidaría)
nuevamente el polímero,
volviendo a su estado natural.

15. Historia
 El dopaje fue desarrollado originalmente por John Robert Woodyard mientras
trabajaba para la Sperry Gyroscope Company durante la Segunda Guerra
Mundial. La demanda de su trabajo sobre el radar durante la guerra no le
permitió desarrollar más profundamente la investigación sobre el dopaje,
pero durante la posguerra se generó una gran demanda iniciada por la
companía Sperry Rand, al conocerse su importante aplicación en la
fabricación de transistores.

16. BIBLIOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconducto
r_4.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29