semiconductores EStudiante: Hernan palomino tunqui Ingenieria de Sistemas

1. Semiconductores
 TUTOR : Juan Mendoza Nolorbe
 ESTUDIANTE: : Hernán Palomino Tunqui
 ESPECIALIDAD : Ingeniería de Sistemas e Informática

2. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
DEFINICIO:
 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 (1). Las energías requeridas, a temperatura
ambiente, son de 1,1 eV y 0,7 eV para el silicio y el germanio respectivamente.
 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 constante. Siendo "n" la concentración de electrones
(cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se
cumple que:
n =n=p

3. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
 siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor,
función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento.
 Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27ºc):
ni(Si) = 1.5 1010cm-3
ni(Ge) = 2.5 1013cm-3
 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.

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.
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.

5. 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.

6. ESTRUCTURA CRISTALINA DE UN SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
 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.

7. SEMICONDUCTORES "EXTRÍNSECOS"
 Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se
le introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten
el paso de la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección.
Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se dopa
mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas
cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas".
Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a
elementos semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres
electrones en su última órbita [como el galio (Ga) o el indio (In)], o que
poseen cinco electrones también en su última órbita [como el antimonio
(Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se
convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de
conducir la corriente eléctrica

8. EN LA ACTUALIDAD
 Es el elemento más utilizado para
fabricar semiconductores para el uso
de la industria electrónica es el cristal
de silicio (Si) por ser un componente
relativamente barato de obtener. La
materia prima empleada para fabricar
cristales semiconductores de silicio es
la arena, uno de los materiales más
abundantes en la naturaleza. En su
forma industrial primaria el cristal de
silicio tiene la forma de una oblea de
muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25
mm aproximadamente), pulida como
un espejo.

9. COMPARATIVA
A la izquierda se muestra la ilustración de una oblea (wafer) o cristal semiconductor de.
silicio pulida con brillo de espejo, destinada a la fabricación de transistores y circuitos.
integrados. A la derecha aparece la cuarta parte de la oblea conteniendo cientos de.
minúsculos dados o “chips”, que se pueden obtener de cada una. Esos chips son los. que
después de pasar por un proceso tecnológico apropiado se convertirán en transistores o
circuitos integrados. Una vez que los chips se han convertido en. transistores o circuitos
integrados serán desprendidos de la oblea y colocados dentro.de una cápsula protectora
con sus correspondientes conectores externos.
El segundo elemento también utilizado como semiconductor, pero en menor proporción
que el silicio, es el cristal de germanio (Ge).

10. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO N:
Son los que están dopados, con elementos
pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que
sean elementos pentavalentes, quiere decir que
tienen cinco electrones en la última capa, lo que
hace que al formarse la estructura cristalina, un
electrón quede fuera de ningún enlace covalente,
quedándose en un nivel superior al de los otros
cuatro. Como consecuencia de la temperatura,
además de la formación de los pares e-h, se
liberan los electrones que no se han unido.
Como ahora en el semiconductor existe un mayor
número de electrones que de huecos, se dice que
los electrones son los portadores mayoritarios, y a
las impurezas se las llama donadoras.
En cuanto a la conductividad del material, esta
aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo;
introduciendo sólo un átomo donador por cada
1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100
veces mayor que la del silicio puro.

11. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS DE TIPO P:
 En este caso son los que están dopados
con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In).
El hecho de ser trivalentes, hace que a la
hora de formar la estructura cristalina,
dejen una vacante con un nivel
energético ligeramente superior al de la
banda de valencia, pues no existe el
cuarto electrón que lo rellenaría.
Esto hace que los electrones salten a las
vacantes con facilidad, dejando huecos
en la banda de valencia, y siendo los
huecos portadores mayoritarios.

12. FUENTES DE INFORMACIÓN
- http://es.wikipedia.org/wiki/
- http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
- http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semico
nductor/ke_semiconductor_5.htm
- http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
- http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813
.html