Semiconductores intrínsecos y dopados

2. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Los semiconductores intrínsecos son puros, en los que la
conducción se debe al aumento de electrones en la
banda de conducción originado por la temperatura. Los
portadores de carga son los electrones y los huecos. Los
semiconductores intrínsecos no presentan impurezas en
su estructura, y están constituidos únicamente por el
elemento tetravalente semiconductor (del grupo IV de la
tabla periódica): silicio o germanio puro.

3. La tensión aplicada en la figura forzará a los
electrones libres a circular hacia la derecha (del
terminal negativo de la pila al positivo) y a los
huecos hacia la izquierda.
Cuando los electrones libres llegan la extremo
derecho del cristal, entran al conductor externo
(normalmente un hilo de cobre) y circulan hacia
el terminal positivo de la batería. Por otro lado,
los electrones libres en el terminal negativo de la
batería fluirían hacia el extremos izquierdo del
cristal. Así entran en el cristal y se recombinan
con los huecos que llegan al extremo izquierdo
del cristal. Se produce un flujo estable de
electrones libres y huecos dentro del
semiconductor.

4. Si un electrón de valencia se convierte en electrón de
conducción deja una posición vacante, y si aplicamos un
campo eléctrico al semiconductor, este “hueco” puede ser
ocupado por otro electrón de valencia, que deja a su vez
otro hueco. Este efecto es el de una carga +e moviéndose en
dirección del campo eléctrico. A este proceso le llamamos
‘generación térmica de pares electrón-hueco’.

5. Al aplicarle a la una
muestra semiconductora
una excitación externa, se
logra un flujo ordenado de
los electrones y de los
huecos.
Son los electrones libres
los que realmente se
mueven, pero el sentido
de la corriente eléctrica,
por convenio, se toma
sentido contrario.

6. Tomemos como ejemplo el silicio en su modelo
bidimensional:
Vemos como cada átomo de silicio
se rodea de sus 4 vecinos próximos
con lo que comparte sus electrones
de valencia.
A 0ºK todos los electrones hacen su
papel de enlace y tienen energías
correspondientes a la banda de
valencia. Esta banda estará
completa, mientras que la de
conducción permanecerá vacía. Es
cuando hablamos de que el
conductor es un aislante perfecto.

7. Corriente de Semiconductor
En un semiconductor intrínseco, ambos electrones y
huecos contribuyen al flujo de corriente.

8. La corriente que fluirá en un semiconductor intrínseco consiste en corriente
de ambos electrones y huecos. Es decir, los electrones que han sido liberados
de sus posiciones en la red dentro de la banda de conducción, se pueden
mover a través del material.
Además, otros electrones pueden saltar entre las posiciones de la red para
llenar las vacantes dejadas por los electrones liberados. Este mecanismo
adicional se llama conducción de huecos, porque es como si los huecos
estuvieran emigrando a través del material en dirección opuesta al
movimiento de electrones libres.
Corriente de Semiconductor
El flujo de corriente en un semiconductor
intrínseco está influenciado por la densidad de
estados de energía la cual a su vez, influencia la
densidad de electrones en la banda de conducción.
Esta corriente es dependiente altamente de la
temperatura.

9. LOS SEMICONDUCTORES DOPADOS
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.

10. Dependiendo de si está dopado de elementos trivalentes, o
pentavalentes, se diferencian dos tipos:
SEMICONDUCTOR TIPO N SEMICONDUCTOR TIPO P

11. SEMICONDUCTOR 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

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

13. 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.

14. SEMICONDUCTOR 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.

15. 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.
Dopaje de tipo P

16. 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.

17. http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html
http://www.angelfire.com/la/SEMICONDUCTORES/
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm
http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/intrin.html#c1
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/dope.html