Este documento describe los diferentes tipos de semiconductores, incluyendo semiconductores intrínsecos y extrínsecos. Los semiconductores intrínsecos, como el silicio puro, conducen la corriente a través de electrones y huecos. Los semiconductores extrínsecos son dopados con impurezas para aumentar su conductividad, resultando en los tipos n y p. El dopaje tipo n aumenta los electrones como portadores mayoritarios, mientras que el tipo p aumenta los huecos.

1. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS Y
EXTRÍNSECOS
ACLLE - 2013

2. Semiconductores

3. • Semiconductores
• Clasificación de los Semiconductores
• Solidos Cristalinos
• Semiconductores Intrínseco
• Semiconductores Extrinseco

4. Semiconductores
• Los semiconductores
Un operario maneja una oblea de silicio, un material
semiconductor, que se utilizará para la fabricación de chips.
Un operario maneja una oblea de silicio, un material
semiconductor, que se utilizará para la fabricación de chips,
Son materiales que presentan unas características intermedias
entre los conductores y los aislantes. En condiciones normales
son aislantes y no dejan pasar la corriente eléctrica, pero bajo
ciertas circunstancias, si reciben energía externa, pueden
pasar a ser conductores. Los materiales semiconductores
pueden ser intrínsecos o extrínsecos.

5. Los semiconductores se pueden
clasificar en intrínsecos y extrínsecos.
Elemento Separación entre
bandas
(eV)
Tipo de material
Diamante 6.0 Aislante
Silicio 1.1 Semiconductor
Germanio 0.7 Semiconductor
Estaño gris 0.1 Semiconductor
Estaño blanco 0 Metal
Plomo 0 Metal
Tabla 1. Aislantes, semiconductores y conductores

6. SOLIDOS CRISTALINOS
• Las sustancias se presentan, normalmente, en los
estados sólido, líquido y gaseoso. Para una
sustancia en estado gaseoso, la distancia media de
separación entre las partículas (moléculas o
átomos) es grande, comparada a sus diámetros, de
modo que la interacción entre ellas puede ser
ignorada.
• Con todo, a temperaturas y presiones usuales,
muchas sustancias están en los estados líquidas y
sólidas y la interacción entre las correspondientes
partículas no puede más ser ignorada.
• En esos casos, la distancia de separación entre las
partículas es del orden de cantidad de sus
diámetros y la intensidad de las fuerzas que las
mantienen juntas y del orden de cantidad de
intensidad de las fuerzas que ligan los átomos para
formar moléculas.

7. SEMICONDUCTORES INTRINSECO
• 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 de Semiconductor
En un semiconductor intrínseco, ambos electrones y huecos contribuyen al flujo de corriente.

9. • 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.

10. • Electrones y Huecos
• En un semiconductor intrínseco como el silicio a
temperatura por encima del cero absoluto, habrá
algunos electrones que serán excitados, cruzarán la
banda prohibida y entrando en la banda de
conducción, podrán producir corriente. Cuando el
electrón del silicio puro atraviesa la banda
prohibida, deja tras de sí un puesto vacante de
electrones o "hueco" en la estructura cristalina del
silicio normal. Bajo la influencia de una tensión
externa, tanto el electrón como el hueco se pueden
mover a través del material. En un semiconductor
tipo n, el dopante contribuye con electrones extras,
aumentando drásticamente la conductividad. En un
semiconductor tipo p, el dopante produce vacantes
adicionales o huecos, que también aumentan la
conductividad. Sin embargo, el comportamiento de
la unión p-n es la clave para la enorme variedad de
dispositivos electrónicos de estado sólido

11. • En un semiconductor intrínseco la separación
entre la banda de valencia y la de conducción
es tan pequeña que a la temperatura
ambiente algunos electrones ocupan niveles
de energía de la banda de conducción. La
ocupación de estos niveles introduce
portadores de carga negativa en la banda
superior y huecos positivos en la inferior y
como resultado, el sólido es conductor. Un
semiconductor, a la temperatura ambiente,
presenta, generalmente, una menor
conductividad que un metal pues existen
pocos electrones y huecos positivos que
actúan como portadores. A medida que
aumenta la temperatura aumenta la
población de los niveles en la banda de
conducción y el número de portadores se
hace mucho mayor, por lo que la
conductividad eléctrica también aumenta
(Fig. 10)

12. SEMICONSULTORES EXTRINSECO
• Un semiconductor extrínseco es aquel en el que se han
introducido pequeñas cantidades de una impureza con el
objeto de aumentar la conductividad eléctrica del material a
la temperatura ambiente. A este proceso se le conoce como
dopado. Así, por ejemplo, el número de portadores negativos
(electrones) puede aumentar si se dopa el material con
átomos de un elemento que tenga más electrones de valencia
que el que compone dicho material semiconductor. El nivel
de dopado no debe de ser muy alto (1 átomo por cada 109
átomos del material de partida) para que sea efectivo.
• Si se introducen átomos de arsénico ([Ar]4s24p3) en un cristal
de silicio ([Ne]3s23p2), se habrá añadido un electrón extra
por cada átomo de arsénico que sustituye al de silicio. El
efecto del dopado es sustitucional, en el sentido de que el
átomo de As sustituye al de silicio en la red cristalina. Los
átomos donadores de arsénico, muy alejados unos de otros
por la baja concentración de dopado, formarán una banda
muy estrecha que se encuentra próxima en energía a la
banda de conducción del silicio (Figura 11a). A la temperatura
ambiente, algunos de los electrones de la banda del arsénico
serán promocionados a la banda de conducción. En otras
palabras, los electrones del arsénico se transferirán a los
orbitales vacíos del silicio. A este proceso se le conoce como
semiconductividad de tipo n, indicando la letra n que los
portadores de cargas son los electrones (carga negativa).

13. • Semiconductores extrínsecos tipo n:
• Son los que están dopados, con elementos
pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que
sean elementos pentavalentes, quiere decir que
tienen cinco electrones en la última capa, lo que
hace que al formarse la estructura cristalina, un
electrón quede fuera de ningún enlace covalente,
quedándose en un nivel superior al de los otros
cuatro. Como consecuencia de la temperatura,
además de la formación de los pares e-h, se liberan
los electrones que no se han unido.
• Como ahora en el semiconductor existe un mayor
número de electrones que de huecos, se dice que
los electrones son los portadores mayoritarios, y a
las impurezas se las llama donadoras.
• En cuanto a la conductividad del material, esta
aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo;
introduciendo sólo un átomo donador por cada
1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100
veces mayor que la del silicio puro.

14. • Semiconductores extrínsecos de tipo
p:
• En este caso son los que están
dopados con elementos trivalentes,
(Al, B, Ga, In). El hecho de ser
trivalentes, hace que a la hora de
formar la estructura cristalina, dejen
una vacante con un nivel energético
ligeramente superior al de la banda
de valencia, pues no existe el cuarto
electrón que lo rellenaría.
• Esto hace que los electrones salten a
las vacantes con facilidad, dejando
huecos en la banda de valencia, y
siendo los huecos portadores
mayoritarios.

15. • Los semiconductores extrínsecos se
forman añadiendo pequeñas impurezas a
los semiconductores puros. El objetivo es
modificar su comportamiento eléctrico al
alterar densidad de portadores de cargas
libres.
• Estas impurezas se llaman dopantes. Así
podemos hablar de semiconductores
dopados . En la función de tipo dopante,
obtendremos semiconductores dopados
de tipo P o de Tipo N. para el silicio, son
dopantes de tipo n los elementos de la
columna V, y tipo p los de Tipo III.

16. webliografía
• http://mx.kalipedia.com/tecnologia/tema/semiconductores.html?x=20070822klpingtcn_123.Kes&ap=2
• http://quimica.laguia2000.com/quimica-organica/solidos-cristalinos
• http://ocwus.us.es/fisica-aplicada/copy_of_complementos-de-fisica/temas/TEMA3.pdf
• http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEI/Guias/tema3.pdf
• http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina6.htm
• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/intrin.html
• http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/enlace-metales/semiconductores