Este documento describe los conceptos básicos de los semiconductores. Explica que los semiconductores como el silicio y el germanio tienen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Detalla cómo el dopaje con impurezas como el silicio o el germanio crea los semiconductores tipo P y tipo N. Finalmente, explica el funcionamiento de la unión PN y cómo se comporta un diodo cuando está polarizado directa o inversamente.

1. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO
LUIS ARBOLEDA MARTÍNEZ
CARRERA DE ELECTRÓNICA
SEGUNDO SEMESTRE “A”
TRABAJO AUTÓNOMO
TEMA:
SEMICONDUCTORES
AUTORA:
BÉLGICA NATALY MUÑOZ MUÑOZ
CÁTEDRA INTEGRADORA:
ELECTRÓNICA ANALÓGICA
DOCENTE:
ING. MARCELO HUMBERTO ARREAGA PÉREZ
MANTA, ENERO 2022

2. SEMICONDUCTORES
La electrónica moderna está basada en semiconductores, ya que todos los aparatos
electrónicos que existen tienen un sin fin de estos componentes. Un semiconductor no es
un aislante perfecto, pero tampoco es un conductor por excelencia, sino que tiene el
comportamiento de ambos.
Los materiales conductores por excelencia son el oro la plata y el cobre, mientras que el
germanio y el silicio son utilizados como materiales semiconductores, debido a que este
último abunda en este planeta es el más preferido por los fabricantes.
Estructura Atómica.
Se sabe que todos los materiales tienen un número atómico que indica la cantidad de
electrones y protones con los que se conforman cada uno de los átomos. Cada átomo se
conforma por órbitas formalmente llamadas capas de valencia, donde se encuentran
girando los electrones alrededor del núcleo que es donde se concentran los protones.
Las cargas de signos opuestos se atraen, esto hace que los electrones no escapen de sus
órbitas. Cuando el átomo se encuentra en reposo o a temperatura ambiente la misma
cantidad de protones que hay en el núcleo es la misma cantidad de electrones que giran
sobre las capas de valencia y es ahí donde se ve que los electrones que están más próximos
al núcleo experimentan mayor fuerza de atracción que los que están más alejados. Por lo
tanto, un electrón en la última capa de valencia resultará sencillo sacarlo de órbita con
una pequeña excitación debido a la leve fuerza de atracción que experimentan con él
núcleo. Se les llama electrones libres ya que, se desprenden de su órbita y en su lugar
dejan un hueco en la capa de valencia de donde salieron.
Para saber el número máximo de electrones que puede haber en cada capa de valencia
tenemos la siguiente ecuación:
𝑵𝒆 = 𝟐𝒏𝟐
donde n representa al número de la capa de valencia
En 1917 Gilbert Newton Lewis anunció la regla del octeto, que dice que cuando los
átomos completan sus últimas capas de valencia con 8 electrones la forma que adquiere
es una estructura muy estable que da lugar a los electrones libres, a este efecto se le llamó
saturación de valencia.
Semiconductor intrínseco
Al cristal de silicio puro se le da el nombre de semiconductor intrínseco. Este no da lugar
a huecos y electrones libres, por lo tanto, se comporta como un aislante perfecto a
diferencia de un semiconductor extrínseco.
Semiconductor extrínseco
Al cristal de silicio puro que es dopado con alguna impureza, se le conoce como
semiconductor extrínseco. Éste incrementa la conductividad en el semiconductor ya que
existen electrones libres.

3. Impurezas pentavalentes
Las impurezas pentavalentes son aquellos materiales que en su última capa de valencia
tienen 5 electrones.
Cuántos más átomos pentavalentes o impurezas se añadan a un semiconductor intrínseco
puro más electrones libres habrá, es decir, un semiconductor débilmente dopado presenta
una resistencia alta mientras que un semiconductor fuertemente dopado presenta una
resistencia baja; debido a que estas impurezas donarán un electrón adicional por cada
átomo pentavalente, se les denominará impurezas donadoras.
El semiconductor compuesto por un cristal extrínseco dopado con impurezas
pentavalentes lleva el nombre de semiconductor tipo N, es decir, la impureza pentavalente
aporta por cada uno de sus átomos una carga negativa.
Impurezas trivalentes
Existe la posibilidad de dopar un cristal de silicio con impurezas aceptadoras
introduciendo al cristal de silicio átomos de otro material, pero ahora trivalente cuya
estructura tiene 3 electrones en su última capa de valencia.
Cuando se introduce una impureza trivalente al cristal intrínseco se le denomina impureza
aceptadora ya que donará un hueco y por cada uno de los huecos con los que contribuye
acepta un electrón libre. A este cristal dopado con un átomo trivalente se le denomina
semiconductor tipo P, es decir, la impureza trivalente aporta por cada uno de sus átomos
un hueco que forma un ion positivo.
Semiconductor tipo P
Un material tipo P tiene impurezas con huecos mayoritarios, es decir, tiene impurezas
aceptadoras que, al ejercer una corriente eléctrica a través de él, cada hueco acepta un
electrón proveniente del exterior y el material tipo P se comporta como un conductor y
por lo tanto tendrá una resistencia muy pequeña.
Semiconductor tipo N
Un material tipo N tiene impurezas con electrones mayoritarios que al ejercer una
corriente eléctrica a través de él se comporta como un aislante perfecto y por lo tanto
tendrá una resistencia muy grande.
La unión PN
Un fabricante puede construir la mitad de un material tipo N y la otra mitad de tipo P y
unir estos dos cristales extrínsecos, a esta unión se le denomina unión PN y justo donde
se encuentra la unión de dichos cristales se forma una línea llamada línea de unión. Los
electrones libres del lado del material n se mueven en todas direcciones incluso pueden
llegar a atravesar la línea de unión convirtiéndose en portadores minoritarios.
A los electrones que pasaron a la zona P les queda muy poco tiempo de vida ya que los
huecos no tardarán en atraerlos y combinarse con ellos, cuando esto ocurre el hueco

4. desaparece y el electrón libre se convierte en un electrón de valencia. Poco a poco estos
pares van formando una zona donde se encuentran todos estos pares de cargas, a esta zona
se le llama zona de deplexión y en los costados de esta región se forma lo que se conoce
como zona de agotamiento o empobrecimiento. La zona de deplexión se forma muy
rápido y es muy delgada en comparación con la región N y la región P ahora los electrones
del lado N les costará más trabajo atravesar la línea de unión para combinarse con un
hueco porque ya se interpuso una zona de deplexión por supuesto que habrá uno que otro
electrón que sí lo logré y entonces la zona de deplexión se hará más ancha y al ser más
ancha más trabajo le cuesta a un electrón libre del lado N atravesar la línea de unión de
tal modo que cuando ya no atraviesa ningún electrón dicha línea se convierte en una
barrera para los electrones libres de lado N.
El voltaje que habrá en el potencial de barrera depende de:
 La cantidad de dopado tanto del material N como del material P.
 La temperatura a la que esté expuesta este material.
 Del tipo de material.
típicamente los fabricantes hacen que a temperatura ambiente igual a 25 °C el potencial
de barrera sea aproximadamente 0.7 V para el silicio y 0.3 V para él germanio.
Union PN polarizada en directa, Diodo polarizado en directa
El diodo es un elemento de circuito no lineal muy simple. La unión PN polarizada en
directo significa que el lado del material tipo N que tiene cargas negativas se coloca una
placa negativa y del otro lado del material tipo P que tiene cargas positivos se coloca una
placa positiva, para que estas placas tengan esa polaridad se coloca una fuente de tensión.
La corriente convencional siempre la esquematizamos de positivo a negativo por el
exterior de la fuente; este hecho que pudiera confundir a algunos se debe a que cuando se
descubrió la corriente eléctrica pensaban que éstas se debía al flujo de cargas positivas,
estas se movían en él por el circuito desde la terminal positiva hacia la terminal negativa
de la batería en base a ello se fueron formulando las teorías las fórmulas los teoremas los
símbolos y las leyes que rigen a esta materia y a esa dirección de corriente se le llamó
dirección convencional de la corriente pero luego de mucho tiempo cuando descubrieron
la naturaleza atómica se dieron cuenta que lo que en realidad se mueve en los conductores
son los electrones y a esa dirección la denominaron dirección de flujo de electrones
mientras no dejemos de hablar de la Unión PN seguiremos mostrando la dirección de
flujo de los electrones como realmente es, porque es la mejor forma de comprender a los
semiconductores cuando se está iniciando con ellos y cuando ya no hablemos de la unión
PN sino que en su lugar la veamos consolidada en el símbolo del diodo entonces nos
referiremos a la dirección convencional de la corriente. Si todo lo comprendido hasta
ahora lo pudiéramos representar mediante una gráfica entre corriente y voltaje diríamos
que mientras el voltaje no supere la barrera de potencial que es de 0.3 V para el germanio
y 0.7 V para el silicio no hay conducción por lo tanto no hay corriente estaríamos en esta
zona pero una vez que el voltaje supera la barrera de potencial la Unión PN conduce y

5. por lo tanto hay una corriente que crece abruptamente cuyo valor únicamente está
delimitado por esta resistencia.
Union PN polarizada en inversa, Diodo polarizado en inversa
Polarizar en inversa significa voltear la fuente de tensión y ahora la polaridad de la fuente
está invertida es decir la placa positiva se encuentra conectada a la región N donde los
portadores de carga mayoritarios son electrones y la placa negativa está conectada a la
región P donde los portadores de carga mayoritarios son huecos o cargas positivas. Los
electrones libres del lado del material tipo n se sientan atraídos por la placa positiva de la
fuente al circular por el exterior forman una pequeña corriente los electrones provenientes
del exterior entran al material tipo P y se van combinando con los huecos intentando llegar
nuevamente a la placa positiva pero no lo lograrán tan fácil porque se interpone la barrera
de potencial con este hecho ocurren 3 cosas relevantes la primera es que este movimiento
de electrones en el semiconductor producen decíamos una pequeña corriente de transición
habitualmente llamada IS ahora en sentido inverso como cuando el diodo estaba
polarizado en directa verdad y es tan pequeña que posiblemente esté exagerando en la
gráfica, lo segundo que ocurre es que ahora los iones positivos y los iones negativos tanto
de lado n como del lado P han aumentado en otras palabras la zona de empobrecimiento
ahora tiene más potencial y por último la barrera de potencial pues aumenta.
Habitualmente la mayoría de los diodos no son operados en condiciones de ruptura en
inversa debido a que la multiplicación de los electrones de conducción en inversa suele
ser muy grande para pequeñas variaciones de la tensión de la fuente el mismo
calentamiento puede dañar permanentemente al semiconductor y es por ello que la
mayoría de estos diodos solo se les utiliza con polarización en directa.