2. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
DOPADOS
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. Los elementos químicos semiconductores de la tabla
periódicase indican en la tabla adjunta.
3. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
Se dice que un semiconductor 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.
Semiconductor Intrínseco
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
4. SEMICONDUCTORES
Calcular la densidad de portadores en semiconductores puros y poco dopados.
Objetivo
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
INTRÍNSECOS
DOPADOS
5. SEMICONDUCTORES
Poder determinar los comportamientos característicos tensión/corriente de los
dispositivos.
Motivo
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
INTRÍNSECOS
7. SEMICONDUCTORES
Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la
del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura
representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a
temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria
para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda
de valencia. Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y
0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.
Concepto
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
Anterior Siguiente
INTRÍNSECOS
8. SEMICONDUCTORES
Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones
pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción,
a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le
denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las
velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que
la concentración global de electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la
concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos
(cargas positivas), se cumple que:
Concepto
ni = n = p
siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la
temperatura y del tipo de elemento.
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
Anterior Siguiente
INTRÍNSECOS
9. SEMICONDUCTORES
Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27 ºC):
ni(Si) = 1.5 1010cm-3
ni(Ge) = 2.4 1013cm-3
Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los
semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente
eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos
corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de
la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en
la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos, originando una
corriente de huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo
eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.
Concepto
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
Anterior Siguiente
INTRÍNSECOS
10. SEMICONDUCTORES
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.
Estructura
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
Anterior Siguiente
INTRÍNSECOS
11. SEMICONDUCTORES
Como se puede observar en la ilustración, en el caso de los semiconductores el
espacio correspondiente a la banda prohibida es mucho más estrecho en
comparación con los materiales aislantes. La energía de salto de banda (Eg)
requerida por los electrones para saltar de la banda de valencia a la de conducción
es de 1 eV aproximadamente. En los semiconductores de silicio (Si), la energía de
salto de banda requerida por los electrones es de 1,21 eV, mientras que en los de
germanio (Ge) es de 0,785 eV.
Estructura
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
Anterior Siguiente
INTRÍNSECOS
12. SEMICONDUCTORES
Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si) formando una celosía.
Semiconductor de silicio "TIPO-N"
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
INTRÍNSECOS
13. SEMICONDUCTORES
Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si).que forman, como en el
caso anterior, una celosía, dopada, ahora con átomos de galio (Ga) para formar un
semiconductor “extrínseco”.
Semiconductor de silicio "TIPO-P"
DOPADOS
Objetivo
Motivo
Esquema
Concepto
Estructura
Tipo N
Tipo P
INTRÍNSECOS
14. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
INTRÍNSECOS
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.
Semiconductores Dopados
Gráfico
Materiales T N
Tipo N
Materiales T P
Tipo P
16. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
INTRÍNSECOS
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 semiconductores. 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.
Gráfico
Materiales T N
Tipo N
Materiales T P
Tipo P
18. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
INTRÍNSECOS
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. 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. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores
mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas
introducidos.
Gráfico
Materiales T N
Tipo N
Materiales T P
Tipo P
19. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
INTRÍNSECOS
Materiales Dopantes Tipo P
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.
Gráfico
Materiales T N
Tipo N
Materiales T P
Tipo P
