El documento describe los semiconductores, incluyendo que son materiales cuya conductividad eléctrica es intermedia entre los aislantes y los metales. Explica que los semiconductores más utilizados son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio. También describe la estructura cristalina del silicio y cómo se pueden modificar sus propiedades eléctricas mediante dopaje para crear semiconductores de tipo N y P, los cuales pueden combinarse para formar diodos que permiten el paso de corriente en un solo sentido
Semiconductores intrínsecos y los semiconductores dopadosFiore_1503
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor dependiendo de diversos factores, como el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los semiconductores se encuentran a medio camino entre los conductores y los aislantes, pues en unos casos permiten la circulación de la corriente eléctrica y en otros no. Un material conductor desde el punto de vista electrónico es aquel que tiene gran cantidad de electrones libres, permitiendo el flujo de electrones entre sus átomos (electricidad) como por ejemplo el cobre.
Un aislante es todo lo contrario por lo cual se dice que no conduce electricidad. Un semiconductor es un material que tiene las propiedades eléctricas de un conductor y de un aislante como por ejemplo el Germanio y el Silicio (metaloides) este ultimo es el mas utilizado en la actualidad para la fabricación de componentes electrónicos. Después del oxigeno, el silicio es el elemento mas abundante en la corteza terrestre en: Arena, Granito, Arcilla, etc.
Semiconductores intrínsecos
El semiconductor intrínseco es puro, es decir 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.
Los más empleados históricamente son el germanio (Ge) y el silicio (Si); siendo éste último el más empleado (por ser mucho más abundante y poder trabajar a temperaturas mayores que el germanio).
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. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”.
Semiconductores Dopados
Son los semiconductores que se le han introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar la conductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente. Este posee elementos trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el elemento esta dopado. Hay 2 tipos dependiendo de que tipo de impurezas tengan:
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".
SEMICONDUCTOR TIPO N
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.
Semiconductores Intrinsecos y extrinsecos o dopados tipo n y pLuis Palacios
Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un 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.
Semiconductores intrínsecos y semiconductores dopados
Semiconductores
1. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor
Material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor
que un aislante, pero peor que un metal.
La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente
eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las
propiedades físicas más importantes.
Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes
conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son
muy malos conductores.
A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como
aislante. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas
(dopado) o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores
puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a
los de los metales. Los principales semiconductores utilizados en electrónica
son el silicio, el germanio y arseniuro de galio.
2. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
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) [SiO 2] 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.
4. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Silicio: Átomo, Modelo
de enlace y estructura
crsitalina
5. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor: representación bidimensional de la estructura cristalina
Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor sería aislante porque todos los e- están formando enlaces.
Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar libre un epara 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 también hay un
segundo tipo de portador: el hueco (h+)
6. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor: Acción de un campo eléctrico.
Semiconductor intrínseco: acción de un campo eléctrico
-
+
Si
-
+
Si
Si
+
+
Si
+
Si
Si
-
+
-
+
Si
Si
Si
-
+
La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos de portadores de carga:
HUECOS y ELECTRONES
La temperatura afecta fuertemente a las propiedades eléctricas de los semiconductores:
mayor temperatura más portadores de carga menor resistencia
7. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor intrínseco indica un material semiconductor
extremadamente puro que contiene una cantidad
insignificante de átomos de impurezas.
Semiconductor extrínseco, se le han añadido cantidades
controladas de átomos impuros (Dopado) para favorecer la
aparición de electrones (tipo n –átomosde valencia 5: As,
P o Sb ) o de huecos (tipo p - átomos de valencia 3: Al,
B, Ga o In).
8. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor extrínseco: TIPO N
Sb
+
Si
Si
Si
Si
Sb
Si
Si
+
Si
Si
Sb: antimonio
Sb
+
Impurezas del grupo V de
la tabla periódica
Es necesaria muy poca
energía para ionizar el
átomo de Sb
Si
+
Si
Si
Al
Si
Si
Si
-
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
300ºK
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Impurezas grupo V
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son
Electrones libres
Al
-
Al: aluminio
Si
Sb
+
Electrones libres
Semiconductor extrínseco: TIPO P
Si
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Al
-
Impurezas del grupo III de
la tabla periódica
Si
Es necesaria muy poca
energía para ionizar el
átomo de Al
Huecos
Si
A temperatura ambiente
todos los átomos de
impurezas se encuentran
ionizados
Al
-
libres
Al
-
Al
Al
-
Al
Al
-
Al
-
Al
-
Al
-
Al
-
Al
Al
-
Al
-
Al
-
300ºK
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un
semiconductor tipo P son
Huecos. Actúan como portadores de carga
positiva.
9. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
-
Semiconductor tipo P
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N
Zona de transición
-
-
-
-
-
-
-
-
Semiconductor tipo P
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
-
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga
espacial denominada ‘zona de transición’, que actúa como una barrera para el
paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
10. I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
La unión P-N polarizada inversamente
P
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+
+
+
La zona de transición se
hace más grande.
Con polarización inversa
no hay circulación de
corriente.
+
+
+
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
La unión P-N polarizada en directa
La zona de transición se
hace más pequeña.
La corriente comienza a
circular a partir de un cierto
umbral de tensión directa.
P
N
DIODO SEMICONDUCTOR
P
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
I
+
+
+
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
Conclusiones:
Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente.
Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de
corriente eléctrica