1. SEMICONDUCTORES
JORGE GODOY CAMACHO

2. SEMICONDUCTOR
▪ Un 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.

3. 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.

4. ▪ 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,
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 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. ▪ A la izquierda se muestra la ilustración de una oblea (wafe) 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.

10. ▪ El segundo elemento también utilizado como semiconductor,
pero en menor proporción que el silicio, es el cristal de
germanio (Ge).
▪ Durante mucho tiempo se empleó también el selenio (S) para
fabricar diodos semiconductores en forma de placas
rectangulares, que combinadas y montadas en una especie de
eje se empleaban para rectificar la corriente alterna y
convertirla en directa.

11. SEMICONDUCTORES DOPADOS▪ 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.

12. 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.

13. ▪ 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.

14. ▪ El siguiente es un ejemplo de dopaje
de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En
el caso del Fósforo, se dona un
electrón.

15. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS 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.

16. ▪ Esto hace que los electrones salten a
las vacantes con facilidad, dejando
huecos en la banda de valencia, y
siendo los huecos portadores
mayoritarios.

17. ▪ 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.

18. FUENTES DE INFORMACION
▪ http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
▪ http://www.monografias.com/trabajos11/semi/semi
.shtml
▪ http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconduct
or/ke_semiconductor_3.htm
▪ http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads
/introduccion.pdf
▪ http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/defa
ult.asp