El documento explica los semiconductores intrínsecos y dopados. Los semiconductores intrínsecos tienen una concentración natural de electrones y huecos que depende de la temperatura. Los semiconductores dopados tienen impurezas que aumentan la cantidad de electrones (tipo N) u huecos (tipo P), mejorando su conductividad eléctrica. El dopaje permite controlar el tipo de portador mayoritario en los semiconductores, lo que es fundamental para la electrónica moderna.

2. SEMICONDUCTORES
 SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
 SECONDUCTORES DOPADOS

3. OBJETIVO
Al termino de la presentación el lector pueda
expresar con sus propias palabras la importancia de
los semiconductores intrínsecos y dopados en el
mundo de la electrónica y su impacto en la vida del
hombre.

4. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
Un cristal de silicio 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, absorbiendo
la energía necesaria, saltar a la
banda de conducción, dejando el
correspondiente hueco en la
banda de valencia (1). Las
energías requeridas, a
temperatura ambiente son de 1,1
y 0,72 eV para el silicio y el
germanio respectivamente.

5. Obviamente 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 invariable.
 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.
 Si se somete el cristal a una diferencia de tensión, se producen
dos corrientes eléctricas.

6. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
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 en
la dirección contraria al
campo eléctrico cuya
velocidad y magnitud es
muy inferior a la de la
banda de conducción.

7. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
El material semiconductor más
utilizado es el silicio (Si). Es el
elemento número 14 de la tabla
periódica, por lo que consta de
14 electrones, de los que 4 se
hallan en la última capa.
La estructura del Silicio es de
cristal tetraédrico en la que cada
átomo está enlazado con otros
cuatro.

8. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
Si en algunos de estos
cristales de silicio
sustituimos un átomo de
silicio por otro de
fósforo, que tiene 5
electrones en su última
capa, conseguimos que
aumente el número de
electrones libres. La carga
eléctrica total sigue siendo
neutra, pero el número de
electrones cuya energía de
unión a su átomo es baja
aumenta.

9. Para que nos hagamos una idea más
clara, imaginemos una estructura cristalina
tetraédrica con cuatro electrones en la capa
más externa de cada vértice. En algunos de
ellos, hay cinco electrones (en los que hemos
introducido el fósforo) por lo que uno de ellos
sobra, digamos que no tiene espacio.
Si en lugar de fósforo usamos Boro, que tiene
3 electrones en la última capa, conseguimos
dejar un “hueco” libre que puede ser ocupado
por un electrón. Es decir, en la última capa
cabrían 4 electrones pero sólo hay 3.
Este efecto de añadir impurezas de fósforo o
boro, se denomina contaminación o dopaje.
Los cristales de silicio dopados con fósforo u
otros elementos, de forma que tienen exceso
de electrones libres se denominan silicio tipo
N. Los dopados con defecto de
electrones, con huecos libres, se denominan
tipo P.

10. Para continuar con la explicación del dopado tenemos
también que referirnos a los semiconductores
extrínsecos:
SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS:
Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, le
añadimos un pequeño porcentaje de impurezas, es
decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el
semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que
está dopado. Las impurezas pueden o no sustituir al
correspondiente átomo del semiconductor intrínseco en
su estructura cristalina original.

11. SEMICONDUCTOR
EXTRÍNSECO TIPO N
Es el que se ha dopado con elementos
pentavalentes (As, P o Sb).
Al tener éstos elementos 5 electrones en la
última capa, resultará que al
formarse, como antes, la estructura
cristalina, el quinto electrón no estará
ligado en ningún enlace
covalente, encontrándose, aún sin estar
libre, en un nivel energético superior a los
cuatro restantes.
Si como antes, consideramos el efecto de la
temperatura, observaremos que
ahora, además de la formación de pares e-
h, se liberarán también los electrones no
enlazados, ya que la energía necesaria para
liberar el electrón excedente es del orden de
la centésima parte de la correspondiente a
los electrones de los enlaces covalentes (en
torno a 0,01 eV).

12. SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO
TIPO N
 Así, en el semiconductor aparecerá una mayor cantidad
de electrones que de huecos; por ello se dice que los
electrones son los portadores mayoritarios de la energía
eléctrica y puesto que este excedente de electrones
procede de las impurezas pentavalentes, a éstas se las
llama donadoras.
 Aun siendo mayor n que p, la ley de masas se sigue
cumpliendo, dado que aunque aparentemente sólo se
aumente el número de electrones libres, al hacerlo, se
incrementa la probabilidad de recombinación, lo que
resulta en un disminución del número de huecos p, es
decir:
 n > ni = pi > p, tal que: n·p = ni2
 Por lo que respecta a la conductividad del material, ésta
aumenta enormemente, así, por ejemplo, introduciendo
sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la
conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio

13. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
SEMICONDUCTOR
EXTRÍNSECO TIPO P
Es el que se ha dopado con
elementos trivalentes (Al, B,
Ga o In).
En este caso, las impurezas
aportan una vacante, por lo
que se las denomina
receptoras (de electrones, se
entiende). Ahora bien, el
espacio vacante no es un
hueco como el formado antes
con el salto de un electrón,
sino que tiene un nivel
energético ligeramente
superior al de la banda de
valencia (del orden de 0,01
eV).

14. SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO
TIPO P
En este caso, los
electrones saltarán a
las vacantes con
facilidad dejando
huecos en la banda de
valencia en mayor
número que electrones
en la banda de
conducción, de modo
que ahora son los
huecos los portadores
mayoritarios.

15. SEMICONDUCTOR
EXTRÍNSECO TIPO P
O Al igual que en el
caso anterior, el
incremento del
número de huecos se
ve compensado en
cierta medida por la
mayor probabilidad
de recombinación, de
modo que la ley de
masas también se
cumple en este caso:
O p > pi = ni > n, tal que:
n·p = ni2

16. BIBLIOGRAFIA
O http://enciclopedia.us.es/index.php/Semic
onductor
O http://www.e-renovables.es/categoria-
semiconductores.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec
_basica/tema2/Paginas/Pagina6.htm