Este documento describe los semiconductores intrínsecos y dopados. Los semiconductores intrínsecos son puros y tienen igual número de electrones y huecos. Los semiconductores dopados tienen impurezas que agregan electrones (tipo N) o huecos (tipo P), cambiando sus propiedades eléctricas. El dopaje leve agrega uno impureza cada 100 millones de átomos, mientras que el dopaje pesado agrega uno cada 10,000 átomos. Los dopantes comunes de tipo N son el arsénico y el fósforo, mientras

2. SEMICONDUCTORES
Alumno: Alfaro Ipanaqué Carlos Eduardo
Curso: Física electrónica
Ciclo: IV
Carrera: Ing. sistemas e informática

3. SEMICONDUCTORES
INTRINSECOS
O 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.

4. O 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”,
pudiéndose desplazar libremente de un
átomo a otro dentro de la propia estructura
cristalina, siempre que el elemento
semiconductor se estimule con el paso de
una corriente eléctrica.

5. O 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.

6. O 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.

7. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
O 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.

8. O El número de átomos dopantes necesitados
para crear una diferencia en las capacidades
conductoras de un semiconductor es muy
pequeña. 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, o P+ para material
de tipo P..

9. TIPOS DE MATERIALES
DOPANTES

10. DOPAJE TIPO N
O 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.

11. O 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.

12. DOPAJE TIPO P
O 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.

13. O 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.

14. 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

15. O Ahora bien, esta corriente que aparece es de
muy pequeño valor, pues son pocos los
electrones que podemos arrancar de los
enlaces entre los átomos de silicio. Para
aumentar el valor de dicha corriente tenemos
dos posibilidades:
O Aplicar una tensión de valor superior
O Introducir previamente en el semiconductor
electrones o huecos desde el exterior

16. O La primera solución no es factible pues, aún
aumentando mucho el valor de la tensión aplicada,
la corriente que aparece no es de suficiente valor.
La solución elegida es la segunda.
O En este segundo caso se dice que el
semiconductor está "dopado".
O El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de
silicio por átomos de otros elementos. A estos
últimos se les conoce con el nombre de
impurezas. Dependiendo del tipo de impureza con
el que se dope al semiconductor puro o intrínseco
aparecen dos clases de semiconductores.