Semiconductores

2. Sólidos cristalinos
Una posible clasificación de los materiales
atendiendo a su estructura cristalina: cristalinos,
policristalinos, amorfos.
En particular nos va a interesar el sistema cúbico (centrado en las
caras) dado que es el sistema en el que cristalizan la mayoría de
los materiales sólidos electrónicos.

3. Propiedades eléctricas
 Los materiales semiconductores más importantes son:
 Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica
inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante.
 El semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante
en la naturaleza, después del oxígeno.

4. El comportamiento eléctrico de un semiconductor se caracteriza por los siguientes fenómenos:
 Los electrones libres son portadores de carga negativa y se dirigen hacia el polo positivo de la pila.
 Los huecos son portadores de carga positiva y se dirigen hacia el polo negativo de la pila.
 Al conectar una pila, circula una corriente eléctrica en el circuito cerrado, siendo constante en todo momento el
número de electrones dentro del cristal de silicio.
 Los huecos sólo existen en el seno del cristal semiconductor. Por el conductor exterior sólo circulan los
electrones que dan lugar a la corriente eléctrica.

5. Silicio

6. Semiconductores P y N
Para mejorar la conductividad eléctrica de los semiconductores, se utilizan impurezas añadidas voluntariamente.
Esta operación se denomina dopado,
utilizándose dos tipos:
 Impurezas pentavalentes. Son elementos
cuyos átomos tienen cinco electrones de
valencia en su orbital exterior.
 Impurezas trivalentes. Son elementos
cuyos átomos tienen tres electrones de
valencia en su orbital exterior.

7. Semiconductores N
Cuando un elemento con cinco electrones de valencia
entra en la red cristalina del silicio, se completan los
cuatro electrones de valencia que se precisan para llegar
al equilibrio y queda libre un quinto electrón que le hace
mucho mejor conductor. De un semiconductor dopado con
impurezas pentavalentes se dice que es de tipo N.

8. Semiconductores P
En cambio, si se introduce una impureza trivalente en la
red cristalina del silicio, se forman tres enlaces covalentes
con tres átomos de silicio vecinos, quedando un cuarto
átomo de silicio con un electrón sin enlazar, provocando
un hueco en la red cristalina. De un semiconductor
dopado con impurezas trivalentes se dice que es de tipo P.

9. El elemento semiconductor más usado es el Silicio (Si),
pero hay otros semiconductores como el Germanio (Ge)
que también son usados en la fabricación de circuitos.
El Silicio constituyendo un aislante que se utiliza en todos
los transistores de la tecnología.
Aunque idéntico comportamiento presentan las
combinaciones de elementos de los grupos II y III con los
de los grupos VI y V respectivamente [GaAs (Arseniuro
de Galio), InP (Fosfuro de Indio), AsGaAl (Arseniuro de
Galio y Aluminio), CdTe (Teluro de Cadmio), CdSe
(Seleniuro de Cadmio) y CdS (Sulfuro de Cadmio)] de la
tabla periódica. Últimamente también se usa el azufre (S).
Estos elementos tienen una
estructura más estable si comparten
electrones, formando enlaces
covalentes.

10. Aislantes
Un cristal está formado por un conjunto de átomos muy próximos entre sí dispuestos
espacialmente de forma ordenada de acuerdo con un determinado patrón geométrico.
La gran proximidad entre los átomos del cristal hace que los electrones de su última
capa sufran la interacción de los átomos vecinos.
En estas condiciones todos los electrones tienen su lugar en la red, así que estos
materiales no permiten la movilidad de electrones y por lo tanto son aislantes.

11. Transporte de portadores en un semiconductor