Este documento trata sobre los semiconductores. Explica que los semiconductores son elementos que pueden comportarse como conductores o aislantes dependiendo de factores como el campo eléctrico, la temperatura o la radiación. Luego describe los semiconductores intrínsecos puros y cómo se pueden dopar semiconductores agregando impurezas para crear semiconductores de tipo P con más huecos o de tipo N con más electrones.

1. SEMICONDUCTORES
Santiago Coras Sánchez

2. SEMICONDUCTOR
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.
El elemento semiconductor más usado es
el SILICIO, el segundo el GERMANIO,
aunque
idéntico
comportamiento
presentan
las
combinaciones
de
elementos de los grupos 12 y 13 con los
de los grupos 14 y 15 respectivamente
(AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd).
Posteriormente se ha comenzado a
emplear
también
el
AZUFRE.
La
característica común a todos ellos es que
son tetravalentes, teniendo el silicio una
CONFIGURACIÓN ELECTRONICAS s²p².

3. GRAFICOS DE LOS SEMICONDUCTORES ELECTRICOS

4. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
Se dice que un semiconductores “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. Es un
semiconductor puro.
A temperatura ambiente se comporta como un aislante
porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos
debidos a la energía térmica.

5. En un semiconductor intrínseco también hay
flujos de electrones y huecos, aunque la
corriente total resultante sea cero. Esto se
debe a que por acción de la energía térmica
se producen los electrones libres y los
huecos por pares, por lo tanto hay tantos
electrones libres como huecos con lo que la
corriente total es cero.
Como se puede apreciar en la
figura, los electrones factibles de
ser liberados dela fuerza de
atracción del núcleo son cuatro

6. ESTRUCTURA CRISTALINA DE UN
SEMICONDUCTOR INTRÌNSECO
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.

7. MODELO DE BANDAS DE ENERGIA
CONDUCTOR INTRÌNSECA
En un semiconductor perfecto, las
concentraciones de electrones(n) en la banda de
conducción y de huecos(p) en la banda de valencia
son iguales (por unidad de volumen);así como la
concentración intrínseca de portadores.

8. SEMICONDUCTORES DOPADOS
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.
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
cada100.000.000 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.

9. 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

10. Si aplicamos una tensión al cristal de
silicio, el positivo de la pila intentará
atraer los electrones y el negativo los
huecos favoreciendo así la aparición
de una corriente a través del circuito
Dependiendo del tipo de impureza con el que se
dope al semiconductor puro o intrínseco aparecen
dos clases de semiconductores.
• Semiconductor tipo P
• Semiconductor tipo N

11. SEMICONDUCTOR 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. Nuevamente, el átomo introducido es neutro,
por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a
que
solo tiene tres electrones en su última capa de valencia, aparecerá una
ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos,
generando
finalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán los
portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios.

12. 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.

13. SEMICONDUCTOR 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
separar lo del átomo será menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal de
silicio (o del semiconductor original).
Cuando se añade el material dopante aporta sus electrones más débilmente vinculados a los
átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material
donante ya que da algunos de sus electrones.
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por
el Fósforo(dopaje N). En el caso del Fósforo, se
dona un electrón.

14. FUENTES DE INFORMACION
http://www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdF
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado