Este documento explica los conceptos básicos de semiconductores intrínsecos y dopados. Los semiconductores intrínsecos son puros y su conductividad depende de factores como la temperatura, mientras que los dopados tienen impurezas que aumentan la cantidad de electrones libres (tipo N) o huecos (tipo P), cambiando su conductividad. También describe la estructura cristalina de los semiconductores y el flujo de electrones y huecos cuando se aplica una tensión.

1. SEMICONDUCTORES
INTRENSICOS Y
DOPADOS
Ing. Sistemas e Informática
Cabrera Meléndez C.

2. SEMICONDUCTOR
Semiconductor es un elemento estequiométrico de
inconvergencia estática 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

3. SEMICONDUCTOR INTRENSICO
Es
“intrínseco”
cuando
se
encuentra en
estado puro, o
sea, que no contiene ninguna
impureza, ni átomos de otro tipo
dentro de su estructura. En ese
caso, la cantidad de huecos que
dejan los electrones en la banda
de valencia al atravesar la banda
prohibida será igual a la cantidad
de electrones libres que se
encuentran presentes en la banda
de conducción . 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 dela
atracción que ejerce el núcleo del
átomo sobre los mismos.

4. CARACTERÍSTICAS DE LOS CUERPOS SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
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.

5. SEMICONDUCTOR INTRENSICO

6. TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES

7. ESTRUCTURA CRISTALINA DE UN SEMICONDUCTOR
INTRÍNSECO
Compuesta solamente por
átomos de silicio (Si) que
forman una celosía. Como
se puede observar en la
ilustración, los átomos de
silicio (que sólo poseen
cuatro electrones en la
última órbita o banda de
valencia), se unen formando
enlaces
covalente
para
completar ocho electrones y
crear así un cuerpo sólido
semiconductor. En esas
condiciones el cristal de
silicio se comportará igual
que si fuera un cuerpo
aislante.

8. FLUJO ESTABLE DE ELECTRONES LIBRES Y HUECOS
DENTRO DEL SEMICONDUCTOR
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.

9. SEMICONDUCTOR DOPADO
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

10. SEMICONDUCTOR DOPADO
El número de átomos dopantes necesitados para crear una
diferencia en las capacidades conductoras de un
semiconductor es muy pequeño. 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, oP+ para material
de tipo P.

11. SEMICONDUCTOR DOPADO
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. De esta forma, no se ha
desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo
introducido al semiconductor es neutro, pero posee un
electrón no ligado, a diferencia de los átomos que
conforman la estructura original, por lo que la energía
necesaria para separarlo del átomo será menor que la
necesitada para romper una ligadura en el cristal de
silicio (o del semiconductor original). Finalmente,
existirán más electrones que huecos, por lo que los
primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos
los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios
será función directa de la cantidad de átomos de
impurezas introducidos.
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el
Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un
electrón

12. SEMICONDUCTOR DOPADO
Tipos de materiales dopantes
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

13. SEMICONDUCTOR DOPADO
Adición de un elemento de impureza a un semiconductor puro
donde los electrones libres y huecos se encuentran en igual
número y son producidos únicamente por la agitación térmica
para así cambiar su conductividad.
Las impurezas donadas o pentavalentes aumentan el número
de electrones libres

14. DIFERENCIA ENTRE UN SEMICONDUCTOR
INTRÍNSECO Y UN EXTRÍNSECO
Semiconductores intrínsecos
Un semiconductor intrínseco es
un semiconductor puro, cuando se
le aplica una tensión externa los
electrones libres fluyen hacia el
terminal positivo de la batería y
los huecos hacia el terminal
negativo de la batería.
Semiconductor extrínseco
Es aquel que se puede dopar
parta tener un exceso de
electrones libres o un exceso de
huecos, aquí encontraremos dos
tipos de unión en el que es la
unión tipo p y la unión tipo n.
Sucede que los semiconductores
intrínsecos actúan como un
aislante en el caso del silicio
cuando es un cristal puro, ahora
cuando
lo
dopamos
con
impurezas se llega al material
extrínseco y en ese caso
tendremos
un
material
semiconductor por ejemplo un
diodo

15. REFERENCIAS

http://thetuzaro.wordpress.com/2012/02/

http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html

http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_3.htm

http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html

http://electronica.webcindario.com/glosario/dopado.htm

http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_8.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29#Elementos_dopantes

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/dope.html