Un semiconductor es un material que puede comportarse como un conductor o un aislante dependiendo del campo eléctrico. Los semiconductores pueden ser intrínsecos o extrínsecos dopados. Los semiconductores intrínsecos tienen propiedades semiconductoras naturales, mientras que los extrínsecos son intrínsecos a los que se les añaden impurezas como el arsénico o el boro para mejorar sus propiedades. Los semiconductores dopados tipo N tienen un exceso de electrones y los tipo P tienen un exceso de huecos.

1. Semiconductores
Un semiconductor es una sustancia que se
comporta como conductor o como aislante
dependiendo del campo eléctrico en el que se
encuentre. Los elementos químicos
semiconductores de la tabla periódica se indican
en la tabla siguiente.

2. Tipos de Semiconductores
• Intrínsecos
Con propiedades semiconductoras, por su “composición natural”
• Extrínsecos
Son semiconductores intrínsecos, a los que se añaden impurezas (en un proceso
llamado dopado), para mejorar sus propiedades.
– Tipo N
El propósito del dopaje tipo N es el de producir abundancia de electrones portadores en
el material (los electrones son portadores de carga negativos)
– Tipo P
El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos (los huecos son
portadores de carga positivos)

3. Semiconductor tipo n
Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que son impurezas
pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo
n, reciben el nombre de "portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les
denomina "portadores minoritarios".
Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del
semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha.
Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del
circuito externo entra al semiconductor y se recombina con el hueco.
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.

4. Semiconductor tipo p
Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que son impurezas
trivalentes. Como el número de huecos supera el número de electrones libres, los
huecos son los portadores mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios.
Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los
huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo
derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo.
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.

5. Simulación
Podemos la dirección de movimiento de los electrones y los huecos en un
semiconductor intrínseco.
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.

6. Un semiconductor es un caso intermedio a los dos anteriores: es posible el paso de
electrones, pero no tan fácilmente como en el caso de los conductores
Sería como el caso de la tubería con una rejilla de goma que pudiésemos cerrar o
abrir a voluntad.
Esa posibilidad de control hace que sean los materiales idóneos para fabricar los
dispositivos electrónicos
Los ejemplos típicos de semiconductores son el germanio y el silicio

7. Los semiconductores son materiales moderadamente estables.
Si nada les perturba, no conducen la corriente eléctrica. Pero basta que les
“molestemos” un poco para que algunos de los electrones de valencia que
contiene cada átomo salten y “se vayan a la aventura” formando una corriente
eléctrica.
Hay dos formas de “molestar” a los electrones de los átomos
La primera es aportándole una cierta cantidad de energía
por ejemplo, por calentamiento (o iluminación)

8. Un aumento de temperatura hace que los electrones tengan mas energía y algunos
pueden saltar del átomo quedando libres. Pero, al hacerlo, dejan un hueco.
Y el átomo, que antes era neutro, ahora tiene exceso de carga positiva, lo que le lleva
a buscar un electrón para volver a ser estable. Ese electrón se lo roba a un átomo
vecino, con lo que le traslada el hueco... Y vuelta a empezar: de nuevo hay un hueco
buscando un electrón.
Este movimiento de electrones y huecos constituye
corriente eléctrica.

9. Semiconductores dopados
La segunda forma es “añadiendo un extraño”, lo cual se conoce con el nombre de
“dopaje”.
Consiste en añadir , sin modificar significativamente la estructura interna
del material, una pequeña cantidad de átomos de otro elemento similar en
tamaño pero con mas o con menos electrones de valencia.
El efecto es similar a lo que ocurre cuando a un montón de harina le
añadimos un pellizquito de levadura, lo mezclamos bien y lo metemos al
horno. A simple vista no se nota el añadido, pero sus efectos son bien
visibles en el resultado final: el bollo resulta mas esponjoso

10. Para aumentar la conductividad (que sea más conductor) de un SC (Semiconductor), se le suele dopar o añadir
átomos de impurezas a un SC intrínseco, un SC dopado es un SC extrínseco.
Caso 1
Impurezas de valencia 5 (Arsénico, Antimonio, Fósforo). Tenemos un cristal de Silicio dopado con átomos de
valencia 5.
Los átomo de valencia 5 tienen un electrón de más, así con una temperatura no muy elevada (a temperatura
ambiente por ejemplo), el 5º electrón se hace electrón libre. Esto es, como solo se pueden tener 8 electrones en la
órbita de valencia, el átomo pentavalente suelta un electrón que será libre.
Siguen dándose las reacciones anteriores. Si metemos 1000 átomos de impurezas tendremos 1000 electrones más
los que se hagan libres por generación térmica (muy pocos).
A estas impurezas se les llama "Impurezas Donadoras". El número de electrones libres se llama n (electrones
libres/m3).

11. Caso 2
Impurezas de valencia 3 (Aluminio, Boro, Galio). Tenemos un cristal de Silicio dopado con átomos de valencia 3.
Los átomo de valencia 3 tienen un electrón de menos, entonces como nos falta un electrón tenemos un hueco. Esto
es, ese átomo trivalente tiene 7 electrones en la orbita de valencia. Al átomo de valencia 3 se le llama "átomo
trivalente" o "Aceptor".
A estas impurezas se les llama "Impurezas Aceptoras". Hay tantos huecos como impurezas de valencia 3 y sigue
habiendo huecos de generación térmica (muy pocos). El número de huecos se llama p (huecos/m3).

12. Cuando al dopar introducimos átomos con tres electrones de valencia (los
semiconductores tienen cuatro electrones de valencia), estos átomos se
combinan con el resto pero nos queda un “hueco” libre y a través del movimiento de
estos huecos se conduce corriente.
SEMICONDUCTOR SEMICONDUCTOR
INTRÍNSECO EXTRÍNSECO (P)
El semiconductor así formado es un semiconductor extrínseco y se llama
“semiconductor de tipo P” (A pesar del nombre, es neutro, pues también el átomo
dopante tiene un protón menos en el núcleo)

13. Cuando los átomos añadidos tienen cinco electrones, al recombinarse con los demás
les queda un electrón que no comparten con ningún átomo y queda libre.
Precisamente a través de estos electrones se produce la conducción de corriente
SEMICONDUCTOR SEMICONDUCTOR
INTRÍNSECO EXTRÍNSECO (N)
El semiconductor extrínseco así obtenido se conoce como “semiconductor de tipo
N” (y también es neutro pues el átomo dopante tiene también un protón mas en el
núcleo)

14. Según hemos visto, cuando existe corriente en un material es debido al movimiento
de electrones hacia un lado y de huecos en sentido contrario. Los electrones y los
huecos son los llamados portadores y las cantidades de ambos no tienen que ser
iguales siempre.
A los portadores que contribuyen en mayor cantidad a la corriente se les llama
portadores mayoritarios.
En los semiconductores extrínsecos tipo N los portadores mayoritarios son los
electrones
En los semiconductores extrínsecos tipo P, los portadores mayoritarios son los
huecos