semiconductores....----

1. TEMA: SEMICONDUCTORES
ESTUDIANTE: SERGIO ALEXIS EGOAVIL BALDERA
ESPECIALIDAD: INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA
DOCENTE: EUSEBIO CARRASCO SAJAMI

2. 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.
Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un
conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el
silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno. Otros
semiconductores son el germanio y el selenio. Los átomos de silicio tienen su orbital externo
incompleto con sólo cuatro electrones, denominados electrones de valencia. Estos átomos forman
una red cristalina, en la que cada átomo comparte sus cuatro electrones de valencia con los cuatro
átomos vecinos, formando enlaces covalentes. A temperatura ambiente, algunos electrones de
valencia absorben suficiente energía calorífica para librarse del enlace covalente y moverse a través
de la red cristalina, convirtiéndose en electrones libres. Si a estos electrones, que han roto el enlace
covalente, se les somete al potencial eléctrico de una pila, se dirigen al polo positivo.

3.  SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
 SEMICONDUCTORES DOPADOS
Semiconductor Dopado
Semiconductor Intrínsecos

4. Un cristal de silicio forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes
entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad.
Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden, absorbiendo la energía
necesaria, saltar a la banda de conducción, dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. Las
energías requeridas, a temperatura ambiente son de 1,1 y 0,72 eV para el silicio y el germanio
respectivamente
Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas
cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es
modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de
portadores de carga libres.
Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27ºc):
ni(Si) = 1.5 1010cm-3
ni(Ge) = 1.72 1013cm-3
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.

5. Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el
estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia
liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada
temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la
concentración global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo "n" la concentración de
electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni =
n = p.
Siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función
exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento. Los electrones y los
huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores,
ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente eléctrica.
Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos
corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los
electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al
desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán
a saltar a los huecos próximos, originando una corriente de huecos con
4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico cuya
velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.

6. La característica fundamental de los cuerpos semiconductores es la de poseer 4 electrones en su órbita de
valencia. Con esta estructura el átomo es inestable, pero para hacerse estable se le presenta un dilema, le
cuesta lo mismo desprender los 4 electrones periféricos y quedarse sin una órbita, que absorber otros
cuatros electrones para hacerse estable al tener la órbita de valencia 8 electrones. En estas condiciones
ciertos elementos como el silicio y el germanio agrupan a sus átomos formando una estructura reticular en
la que cada átomo queda rodeado por otros cuatro.
Cada átomo de silicio (Si), ocupa siempre el centro de un cubo que posee otros 4 átomos de silicio en
cuatro de sus vértices. Esta estructura cristalina obliga al átomo a estar rodeado por otros cuatro iguales,
formándose los llamados enlaces covalentes, en los que participa cada electrón en dos átomos contiguos.

7. Si aplicamos una diferencia de tensión a un semiconductor como el germanio o el silicio puros, el borne
positivo atraerá los electrones libres creados por la agitación térmica, mientras que el borne negativo lo hará
con los huecos, que tienen carga positiva.
Por cada electrón que absorba el polo positivo aparecerá un hueco en la estructura del semiconductor,
mientras que el polo negativo absorbe un hueco y deja en la estructura una carga negativa. Se mantendrán
por tanto las concentraciones de las cargas de los portadores
Así, un electrón de los que forman enlaces covalentes no puede saltar fuera del enlace bajo el único efecto de
una tensión exterior; sin embargo, las fuerzas combinadas de una tensión exterior y un hueco próximo
facilitan la salida del electrón desde el enlace hasta el hueco, creándose una intensidad de corriente
eléctrica. Gracias a este descubrimiento se ha llegado a la actual electrónica, ya que todos los aparatos de
última generación que nos rodean diariamente están compuestos por estos semiconductores.

8. 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.
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.
La adición de un pequeño porcentaje de átomos extraños en la red cristalina regular
de silicio o germanio, produce unos cambios espectaculares en sus propiedades
eléctricas, dando lugar a los semiconductores de tipo n y tipo p.

9. 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.
IMPUREZAS PENTAVALENTES
Los átomos de impurezas con 5 electrones de valencia, producen semiconductores de tipo n, por la
contribución de electrones extra
IMPUREZAS TRIVALENTES
Los átomos de impurezas con 3 electrones de valencia, producen semiconductores de tipo p, por la
producción de un "hueco" o deficiencia de electrón

11. 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.
La adición de impurezas pentavalentes como el antimonio, arséniso, o
fósforo, aportan electrones libres, aumentando considerablemente la
conductividad del semiconductor intrínseco. El fósforo se puede añadir por
difusión del gas fosfina (PH3)

12. Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí).
Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese que cada átomo comparte cada
uno de sus electrones con otros cuatro átomos, sustituimos uno de sus átomos (que
como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento
que contenga cinco electrones en su capa exterior, resulta que cuatro de esos
electrones sirven para enlazarse con el resto de los átomos de la red y el quinto queda
libre.
Semiconductor dopado tipo N
A esta red de silicio "dopado" con esta clase de impurezas se le denomina "Silicio
tipo N"
En esta situación hay mayor número de electrones que de huecos. Por ello a estos
últimos se les denomina "portadores minoritarios" y "portadores mayoritarios" a
los electrones
Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de dopado son el arsénico, el
antimonio y el fósforo. Está claro que si a un semiconductor dopado se le aplica
tensión en sus bornas, las posibilidades de que aparezca una corriente en el
circuito son mayores a las del caso de la aplicación de la misma tensión sobre un
semiconductor intrínseco o puro

13. 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.
La adición de impurezas trivalentes tales como boro, aluminio, o galio a un
semiconductor intrínseco, crean unas deficiencias de electrones de valencia,
llamadas "huecos". Lo normal es usar el gas diborano B2H6, para difundir el boro en
el material de silicio

14. Si en una red cristalina de silicio (átomos de
silicio enlazados entre sí). Sustituimos uno de
sus átomos (que como sabemos tiene 4
electrones en su capa exterior) por un átomo de
otro elemento que contenga tres electrones en
su capa exterior, resulta que estos tres electrones
llenarán los huecos que dejaron los electrones
del átomo de silicio, pero como son cuatro,
quedará un hueco por ocupar. Osea que ahora la
sustitución de un átomo por otros provoca la
aparición de huecos en el cristal de silicio. Por
tanto ahora los "portadores mayoritarios" serán
los huecos y los electrones los portadores
minoritarios.
A esta red de silicio dopada con esta clase de
impurezas se le denomina "silicio tipo P

15.  http://www.ifent.org/Lecciones/semiconductor/tipo-P.asp
 http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29
 http://hyperphysics.phy-
astr.gsu.edu/hbasees/solids/dope.html#c4
 http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/introduccio
n.pdf
 http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/default.asp