Este documento describe los conceptos fundamentales de los semiconductores intrínsecos y extrínsecos. Explica que los semiconductores intrínsecos son muy puros y tienen igual número de electrones y huecos. Los extrínsecos son dopados con impurezas que generan un exceso de electrones (tipo N) o huecos (tipo P), modificando su conductividad. También analiza la estructura de bandas y la densidad de portadores en función de la temperatura.

2. Introducción
 Objetivo
 Calcular la densidad de portadores en semiconductores puros y poco dopados
 Motivo
 Poder determinaran los comportamientos característicos tensión/corriente de los
dispositivos
 Esquema
 Concepto: Equilibrio térmico
 Es el estado en que un proceso es acompañado por otro, igual y opuesto
(estado dinámico),
 mientras que el sistema se mantiene a la misma temperatura, sin intercambios
de energía
 con el exterior.

3. Análisis Físico: La existencia de electrones libres (que puedan dar corriente) es una cuestión
energética:
Átomo asilado de H (número atómico 1)
Durante el estudio del átomo, muchos científicos han tratado de explicar como esta formado y
ordenado este, existen muchas teorías algunas de las cuales se contradicen; se pueden citar algunos
modelos: Modelo Atómico de Dalton, Rutherford, Bohr y Schrödinger.

4. Semiconductores

5. Silicio : Si
Descubridor : Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) (Sueco) Año : 1823
Etimología : del latín silex
En estado puro tiene propiedades físicas y químicas parecidas a las del
diamante.
El dióxido de silicio (sílice) [SiO2] se encuentra en la naturaleza en gran
variedad de formas: cuarzo, ágata, jaspe, ónice, esqueletos de animales
marinos.
Su estructura cristalina le confiere propiedades semiconductoras. En estado
muy puro y con pequeñas trazas de elementos como el boro, fósforo y
arsénico constituye el material básico en la construcción de los chips de los
ordenadores.

6. Átomo aislado de Si
(número atómico 14)
Los dos primeros niveles (E1 y E2) acomodan: 2 y 8 electrones.
Estos electrones están ligados al átomo y no pueden ser perturbados.
En el tercer nivel E3 restan 4 electrones Son los llamados electrones de
valencia.
Pueden ser fácilmente liberados de sus posiciones para formar enlaces.

7. Definición
La densidad de estados es el número de
estados electrónicos posibles por unidad
de volumen y por unidad de energía.
En un metal (los electrones son libres):
Puede considerarse como una función continua en E
Está expresión también será válida para un semiconductor
cristalino (electrones quasi-libres, ligados a un potencial periódico)
Para adaptarla, hemos de introducir EC, EV y m*
 Densidad de estados

8. Los electrones son fermiones, i. e., partículas que cumplen
el principio de exclusión de Pauli
Así, vendrán gobernados por la estadística de Fermi:
f(E) es la probabilidad que un estado de energía E esté ocupado.
EF es el nivel de Fermi, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta.
 Función de distribución de
Fermi-Dirac

9. Densidad de portadores

10. Los cristales de semiconductores están formados por átomos donde los vecinos
más cercanos están enlazados de manera covalente (mas o menos polar).
Los materiales semiconductores más importantes cristalizan en el sistema cúbico
con red centrada en las caras:
Estos SC tienen en su ultimo orbital 4 electrones de valencia (que están “atrapados
en los enlaces”). Sin embargo, el electrón puede abandonar el enlace y pasar a ser
electrón libre (móvil en el cristal) y formar parte de una corriente => si recibe energía
- Térmica (ejemplos: 0 K, 300 K)
- Óptica
- Eléctrica

11. Cristal Semiconductor intrínseco:
A simple vista es imposible que un semiconductor permita el movimiento de electrones
a través de sus bandas de energía.
Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor es un aislante porque todos los e- están
formando enlaces.
Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar
libre un e- para moverse en la estructura cristalina.
El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia positiva) en la
estructura
cristalina. De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-),
pero

12. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS Y
EXTRÍNSECOSModelo de bandas de energía: Conducción intrínseca
http://www.politecni
cocartagena.com/

13. Modelo de bandas de energía: Conducción intrínseca
En un semiconductor perfecto, las concentraciones de electrones y
de huecos son iguales:
n: número de electrones (por unidad de volumen) en la banda de conducción.
p: número de huecos (por unidad de volumen) en la banda de valencia.
ni: concentración intrínseca de portadores.

14. Estructura de un metal
Estructura de un semiconductor

15. Modelo de bandas de energía: Conducción intrínseca
Dependencia con la Temperatura: Gráfico ni = f(T)

16. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS Y
EXTRÍNSECOS
Semiconductor Intrínseco:
Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene
una cantidad insignificante de átomos de impurezas. En él se cumple:
Semiconductor Extrínseco:
En la práctica nos interesa controlar la concentración de portadores en un
semiconductor (n o p).
De este modo se pueden modificar las propiedades eléctricas: conductividad
Para ello se procede al proceso de DOPADO:
Un pequeño porcentaje de átomos del SC intrínseco se sustituye por átomos
de otro
elemento (impurezas o dopantes).
Estas impurezas sustituyen a los átomos de Silicio en el cristal formando
enlaces.
De este modo podemos
Favorecer la aparición de electrones (Semiconductores Tipo N: donde n > p)
Favorecer la aparición de huecos (Semiconductores Tipo P: donde p>n).

17. DOPAJE (SEMICONDUCTORES)
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.
Elementos dopantes
Tipos de materiales dopantes
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.
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En el caso del
Fósforo, se dona un electrón.
http://upload.wikim
edia.org/wikipedia/
commons/0/00/N-
doped_Si.svg

18. 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. 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.
http://upload.wik
imedia.org/wikip
edia/commons/
5/51/P-
doped_Si.svg

19. BIBLIOGRAFIA
http://www.textoscientificos.com/imagenes/quimica/variacion-conductividad.gif
http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/456727 (Física del estado sólido).
http://www.esacademic.com/pictures/eswiki/67/Celdi1.PNG
http://www.politecnicocartagena.com/img%20dto%20fisica/semiconductores.ppt
http://enciclopedia.us.es/index.php/Redes_de_Bravais
http://enciclopedia.us.es/index.php/Semiconductor
http://colos.inf.um.es/carmfisica/FisicaCurricu/GO_AtomoSchrodinger.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/cuantica/principios/caja/atomo_bohr2.gif
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema4/imagenes/Bohratommodel
.png
AUTORA: Juana Alburquerque Mamani,