los semiconductores intrínsecos y los semiconductores dopados

1. SEMICONDUCTOR
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
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

2. MATERIALES CONDUCTORES
Todos los cuerpos o elementos químicos existentes en la
naturaleza poseen características diferentes, agrupadas todas en
la denominada «Tabla de Elementos Químicos». Desde el punto
de vista eléctrico, todos los cuerpos simples o compuestos
formados por esos elementos se pueden dividir en tres amplias
categorías:
. Conductores
.Aislantes
.Semiconductores

3. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
Los elementos semiconductores por excelencia son el silicio y el
germanio, aunque existen otros elementos como el estaño, y
compuestos como el arseniuro de galio que se comportan como tales.
Tomemos como ejemplo el silicio en su modelo bidimensional:

4. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
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.
Ahora bien, si aumentamos la temperatura, aumentará por
consiguiente la energía cinética de vibración de los átomos de la
red, y algunos electrones de valencia pueden absorber de los
átomos vecinos la energía suficiente para liberarse del enlace y
moverse a través del cristal como electrones libres. Su energía
pertenecerá a la banda de conducción, y cuanto más elevada sea la
temperatura más electrones de conducción habrá, aunque ya a
temperatura ambiente podemos decir que el semiconductor actúa
como conductor.

5. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
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‟.

6. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
Paralelamente a este proceso se da el de „recombinación‟. Algunos
electrones de la banda de conducción pueden perder
energía(emitiéndola en forma de fotones, por ejemplo), y pasar a
la de valencia ocupando un nivel energético que estaba libre, o sea
, “ recombinándose” con un hueco. A temperatura constante, se
tendrá un equilibrio entre estos dos procesos, con el mismo
número de electrones en la banda de conducción que el de huecos
en
la
de
valencia.
Este fenómeno de la conducción asociada a la formación de pares
en el semiconductor se denomina conducción intrínseca. Se cumple
que
p = n = ni --> Donde p y n son las concentraciones de huecos y
electrones respectivamente, y ni es la concentración de portadores
intrínsecos.

7. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
El cristal de silicio es diferente de un aislante porque a cualquier
temperatura por encima del cero absoluto, existe una probabilidad
finita de que un electrón en la red sea golpeado y sacado de su
posición, dejando tras de sí una deficiencia de electrones llamada
"hueco".
Si se aplica un voltaje, entonces tanto el electrón como el hueco
pueden contribuir a un pequeño flujo de corriente.
La conductividad de un semiconductor puede ser modelada en
términos de la teoría de bandas de sólidos. El modelo de banda de un
semiconductor sugiere que, a temperaturas ordinarias hay una
posibilidad finita de que los electrones pueden alcanzar la banda de
conducción, y contribuir a la conducción eléctrica.
El término intrínseco aquí, distingue entre las propiedades del silicio
puro "intrínseco", y las propiedades radicalmente diferentes del
semiconductor dopado tipo n o tipo p.

8. CORRIENTE SEMICONDUCTOR
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.
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. SEMICONDUCTORES DOPADOS
Semiconductores dopados: semiconductores N y semiconductores P.
Un semiconductor N se obtiene añadiendo un pequeño número de átomos
pentavalentes (con cinco
electrones en su última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos
átomos pueden ser de P, As o Sb. De los
cinco electrones, cuatro realizan enlaces covalentes con los átomos del
semiconductor intrínseco y el otro
será libre. A temperatura ambiente los electrones libres de un
semiconductor N provienen de los electrones
sobrantes de las impurezas y de los electrones térmicos (o liberados por
energía térmica). Así pues, un
semiconductor tipo N posee más electrones libres que el correspondiente
semiconductor intrínseco y por
tanto la conductividad será mayor. También el número de electrones libres
es mayor que el de huecos. La
corriente eléctrica en el semiconductor N es también debida a electrones y
huecos. Los electrones son
portadores mayoritarios y los huecos son portadores minoritarios.

10. SEMICONDUCTORES DOPADOS

11. SEMICONDUCTORES DOPADOS
Un semiconductor tipo P es el resultado de añadir un pequeño número de
átomos trivalentes (con tres
electrones en la última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos tres
electrones formaran enlaces
covalentes con los átomos del semiconductor intrínseco. Queda por lo
tanto un electrón del semiconductor
intrínseco sin emparejar para formar el enlace covalente. Esto es, habrá
un hueco donde cabría un electrón.
Los átomos que se añaden pueden ser de Al, B o Bi. En un semiconductor
P existen, pues, huecos debidos a
la falta de electrones para formar enlaces covalentes, electrones libres
térmicos y sus correspondientes
huecos. El número de huecos será por lo tanto mayor en un
semiconductor dopado P que en el
correspondientes semiconductor intrínseco. Al conectar un generador
externo, los huecos se moverán hacia
el polo negativo del generador y los electrones libres hacia el polo
positivo. Los huecos serán los portadores
mayoritarios y los electrones térmicos los portadores minoritarios.

12. SEMICONDUCTORES DOPADOS
UNION PN: EL DIODO, APLICACIONES
Cuando se unen dos semiconductores dopados, P y N, aparece un
fenómeno interesante: los
electrones libres del semiconductor N que están cerca de la unión saltan
a los huecos del semiconductor P
para completar los enlaces covalentes que faltaban. Por cada electrón
que salta de N a P aparece una carga
negativa en la zona P (la carga del electrón que ha saltado) y aparece
una carga positiva en N (la del núcleo
del átomo al que pertenecía el electrón fugado). Al cabo de un cierto
tiempo la zona P, cerca de la unión, se
queda cargada negativamente y la zona N cargada positivamente. Estas
cargas producen un campo eléctrico
dirigido de N a P el cual se opone a que pasen más electrones de N a P.
Los electrones que han conseguido
saltar a P se mantienen cerca de la unión ya que son atraidos por los
núcleos positivos de la zona N.

13. SEMICONDUCTORES DOPADOS
La unión de los dos semiconductores P y N se denomina diodo. Si se
conecta un generador de
continua a un diodo, ocurren fenómenos que tienen gran aplicación. La
conexión de un generador de
continua a un diodo se denomina polarización del diodo. La polarización de
un diodo puede ser directa o
inversa y el comportamiento del diodo depende de esta polarización.
Se denomina polarización directa de un diodo al hecho de conectarle un
generador del siguiente
modo: el polo positivo a la zona P y el polo negativo a la zona N. En este
caso el campo eléctrico creado por
el generador (por sus bornes) va dirigido de la zona P a la zona N. es
evidente que dicho campo es contrario

14. SEMICONDUCTORES DOPADOS
al que existe dentro del diodo (debido al salto de los electrones antes
explicado). Por lo tanto el campo total
será menor y no se opondrá a nuevos saltos de N a P. Además los
electrones que ya han saltado a P son
atraído por el polo positivo del generador y se moverán hacia él,
generando una corriente eléctrica. También
los electrones del polo negativo del generador penetrarán en la zona N del
diodo para completar el circuito e
impulsados por el campo eléctrico creado por el generador y atraídos,
además, por los restos positivos que
había en la zona N cerca de la unión. Estos electrones llegarán a la unión
y saltarán a los huecos de la zona P
donde continuarán moviéndose hacia el generador. Resumiendo: cuando
un diodo se polariza directamente
circula corriente por su interior en el sentido de P a N (sentido contrario al
movimiento de los electrones).
Los electrones que circulan por la unión primero se mueven por la zona N
como electrones libres, después
saltan de N a P en la unión y luego van saltando de hueco en hueco por la
zona P hasta salir del diodo

15. SEMICONDUCTORES DOPADOS
Se denomina polarización inversa del diodo a la conexión de un generador
externo, uniendo el polo
positivo a la zona N y el polo negativo a la zona P. En este caso, el campo
eléctrico creado por el generador
tiene el mismo sentido que el campo eléctrico propio del diodo. El campo
eléctrico total será mayor, lo que
impedirá que los electrones de la zona N salten a la zona P (los electrones
que han saltado de N a P y han
quedado atrapados por los huecos, esto es, en los enlaces covalentes, no
pueden regresar a su zona N de
donde provenían salvo que adquieran energía térmica suficiente). En otras
palabras, los electrones del polo
negativo del generador penetran en la zona P para llenar huecos pero no
pueden continuar moviéndose hacia
la zona N porque allí no hay huecos y deberían saltar a electrones libres y
ello no es posible sin adquirir
energía térmica suficiente. Resumiendo: cuando un diodo se polariza
inversamente no circula corriente por el

16. SEMICONDUCTORES DOPADOS
Dado el comportamiento tan peculiar del diodo, el signo que se ha
convenido para, representarle es el siguiente: .El triángulo representa
la zona P y la raya la zona N, y el sentido que indica
el dibujo es el de la corriente eléctrica (sentido contrario al movimiento
de los electrones).
La aplicación inmediata que se hace del diodo es la de rectificar la
corriente alterna: todos los
aparatos de medida electrónicos necesitan ser alimentados con
corriente continua, sin embargo la corriente
eléctrica disponible en los laboratorios es corriente alterna. El diodo se
encarga de rectificar la corriente alterna (transformarla en corriente
continua). El esquema es el siguiente:

17. SEMICONDUCTORES DOPADOS

18. FUENTES DE INFORMACION
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor
http://www.uv.es/~navasqui/Tecnologia/Tema3.pdf
http://www.slideshare.net/JavierRuizG/semiconductores
http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes