El dopaje de semiconductores implica agregar intencionalmente impurezas a un semiconductor extremadamente puro para cambiar sus propiedades eléctricas. Se pueden agregar elementos del Grupo III o V para crear semiconductores tipo N con electrones en exceso o del Grupo III para tipo P con huecos en exceso. Aunque se requiere una cantidad muy pequeña de átomos dopantes, esto modifica sustancialmente la conductividad del material.

1. •Dopaje de
Semiconductores
Elaborado por Juan Martin Challanca Ramos

2. Semiconductores
Intrínsecos
Semiconductor es un elemento que se comporta como un
conductor o como 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.
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

3. Semiconductores
Intrínsecos
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 14 y 15 respectivamente (AsGa, 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.
Tipos de semiconductores
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

4. Semiconductores
Intrínsecos
Semiconductores intrínsecos
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:
ni = n = p
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.
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5. Semiconductores
Intrínsecos
Semiconductores extrínsecos
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 dia se han logrado añadir impurezas de una parte por cada 10
millones, logrando con ello una modificación del material.
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6. Dopaje de
Semiconductores
En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso
intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente
puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus
propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de
semiconductores a dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y
moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor
altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un
semiconductor, es llamado degenerado.
El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en
las capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeña.
Cuando se agregan un pequeño número de átomos dopantes (en el
orden de 1 cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice que el dopaje
es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden
de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o
pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura N+ para
material de tipo N, o P+ para material de tipo P.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

7. Dopaje de
Semiconductores
Elementos dopantes
Semiconductores de Grupo IV
Para los semiconductores del Grupo IV como Silicio, Germanio y Carburo de silicio,
los dopantes más comunes son elementos del Grupo III o del Grupo V. Boro,
Arsénico, Fósforo, y ocasionalmente Galio, son utilizados para dopar al Silicio.
Tipos de materiales dopantes
TIPO N
Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten
la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos
de este tipo se llaman donantes ya que "donan" o entregan electrones.
Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta
forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo
introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no ligado,
a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que
la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la
necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del
semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que huecos,
por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los
minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa
de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

8. El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N).
En el caso del Fósforo, se dona un electrón.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

9. Dopaje de
Semiconductores
Tipo de Materiales Dopantes: Tipo P
Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación
de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al
romperse una ligadura. Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que
"aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio, el
Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no
modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres
electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá
a tomar electrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que
electrones, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los
segundos los minoritarios. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de
portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de
impurezas introducidos.
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.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

10. Dopaje de
Semiconductores
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)