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Semiconductores
- 1. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Un semiconductor extrínseco es aquel en el que se han introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar la conductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente. 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 0,7 eV y 0,3 eV para el silicio y el germanio respectivamente. Esta estructura electrónica corresponde a semiconductores extrínsecos
- 2. Observaciones: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en día se han logrado añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una modificación del material.
- 3. SEPARACION ENTRE LA BANDA DE VALENCIA: En un semiconductor intrínseco la separación entre la banda de valencia y la de conducción es tan pequeña que a la temperatura ambiente algunos electrones ocupan niveles de energía de la banda de conducción. La conductividad es prácticamente nula a 0 K porque no existen electrones libres en la B.C. ni huecos en la B.V., ya que la energía térmica disponible para su generación también es nula. La conductividad se incrementa notablemente a temperaturas mayores a 0 K porque crece la población de portadores de carga libre, electrones en la B.C. y huecos en la B.V., ya que la energía térmica disponible para su generación comienza a ser significativa.
- 4. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS DOPADOS Son los semiconductores que están dopados, esto es que tienen impurezas. Hay 2 tipos dependiendo de que tipo de impurezas tengan: SEMINCONDUCTOR TIPO “N” SEMICONDUCTOR TIPO “P” En semiconductores dopados con donantes, la banda de valencia queda completa pero el electrón extra se aloja en un estado energético ligeramente inferior al más bajo de la banda de conducción, como se ilustra en la figura 8.22. La diferencia de energía es poca, con relación a la del intervalo prohibido, y por efecto térmico, el electrón accede a esa banda y adquiere el carácter conductor. Esta estructura electrónica corresponde a semiconductores extrínsecos de tipo Cuando se trata de realizar una unión N-P, N. estamos usando estructuras atómicas con impurezas, esto es, semiconductores extrínsecos.
- 6. SEMINCONDUCTOR TIPO “N” Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que son impurezas pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben el nombre de "portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios". Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito externo entra al semiconductor y se re combina con el hueco. •La presencia de pequeñas cantidades P(3s23p3) Modelo de bandas de un semiconductor en el Si(3s23p2), introduce un exceso de electrones extrínseco tipo N. que se sitúan en un nivel de energía intermedio. Facilitan la promoción de electrones a la capa de conducción. Tipo n
- 7. Semiconductor tipo n, dopado con un átomo con un electrón sobrante
- 8. MATERIAL EXTRÍNSECO TIPO P: Material Extrínseco Tipo P. Cristal de Silicio "Dopado" con átomos Otros materiales se convierten en semiconductores extrínsecos al estar dopados.
- 9. SEMICONDUCTOR TIPO “P”: Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que son impurezas trivalentes. Como el número de huecos supera el número de electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios. Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo. En el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios. Los electrones libres dentro del semiconductor circulan de Modelo de bandas de un semiconductor derecha a izquierda. Como hay muy pocos extrínseco tipo P. portadores minoritarios, su efecto es casi despreciable en este circuito.
- 10. DOPAJE DE TIPO P: 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. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.
- 11. TIPO “P”: SILICIO DOPADO CON ATOMOS DE ALUMINIO •La introducción de Al (3s23p1) en el Si(3s23p2), genera un nivel de energía vacío por encima de Semiconductor tipo p la banda de valencia y genera hueco en ésta por promoción de electrones. Tipo p.