semiconductores

1. SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
SEMICONDUCTORES DOPADOS
UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP
JAIME CHUQUIARQUE ANGELES

2. ¿QUÉ ES UN SEMICONDUCTOR?
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.
UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP
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 (GaAs, 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.

3. TIPOS DE SEMICONDUCTORES
• SEMICONDUCTORES INTRÍNSECO
• SEMICONDUCTORES DOPADOS

4. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECO
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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. 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.
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, 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 DOPADOS
Para mejorar las propiedades de los semiconductores, se les somete a un proceso de impurificación
(llamado dopaje), consistente en introducir átomos de otros elementos con el fin de aumentar su
conductividad. El semiconductor obtenido se denominará semiconductor extrínseco. Según la impureza
(llamada dopante) distinguimos:
• Semiconductores tipo n
• Semiconductores tipo p

8. SEMICONDUCTORES 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 recombina con el
hueco.
Los electrones libres de la figura circulan hacia el extremo izquierdo del cristal,
donde entran al conductor y fluyen hacia el positivo de la batería.

9. SEMICONDUCTORES 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 derecha a izquierda. Como hay muy
pocos portadores minoritarios, su efecto es casi despreciable en este circuito.

10. EJEMPLO DE SEMICONDUCTOR TIPO N
Se emplean como impurezas elementos pentavalentes (con 5
electrones de valencia) como el Fósforo (P), el Arsénico (As) o
el Antimonio (Sb). El donante aporta electrones en exceso, los
cuales al no encontrarse enlazados, se moverán fácilmente por
la red cristalina aumentando su conductividad. De ese modo, el
material tipo N se denomina también donador de electrones.
EJEMPLO DE SEMICONDUCTOR TIPO P
se emplean elementos trivalentes (3 electrones de
valencia) como el Boro (B), Indio (In) o Galio (Ga)
como dopantes. Puesto que no aportan los 4
electrones necesarios para establecer los 4 enlaces
covalentes, en la red cristalina éstos átomos
presentarán un defecto de electrones (para formar los
4 enlaces covalentes). De esa manera se originan
huecos que aceptan el paso de electrones que no
pertenecen a la red cristalina. Así, al material tipo P
también se le denomina donador de huecos (o
aceptador de electrones).

11. ENLACES
• http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina6.htm
• http://www2.uca.es/grup-invest/instrument_electro/Ramiro/docencia_archivos/SemiconductoresI.PDF
• http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html
• http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm