SEMICONDUCTORES EN FISICA ELECTRONICA

1. escuela profesional DE SISTEMAS E INFORMATICA
ASIGNATURA:
FÍSICA ELECTRÓNICA
TUTORA:
CONDORI ZAMORA, KELLY
ESTUDIANTE: VIDALIO CENTENO ROJAS

2. • UN SEMICONDUCTOR ES UN ELEMENTO MATERIAL CUYA CONDUCTIVIDAD
ELÉCTRICA PUEDE CONSIDERARSE SITUADA ENTRE LAS DE UN AISLANTE Y LA DE
UN CONDUCTOR, CONSIDERADOS EN ORDEN CRECIENTE
• LOS SEMICONDUCTORES MÁS CONOCIDOS SON EL SILICEO (SI) Y EL GERMANIO
(GE). DEBIDO A QUE, COMO VEREMOS MÁS ADELANTE, EL COMPORTAMIENTO DEL
SILICEO ES MÁS ESTABLE QUE EL GERMANIO FRENTE A TODAS LAS
PERTURBACIONES EXTERIORES QUE PUDEN VARIAR SU RESPUESTA NORMAL, SERÁ
EL PRIMERO (SI) EL ELEMENTO SEMICONDUCTOR MÁS UTILIZADO EN LA
FABRICACIÓN DE LOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE ESTADO SOLIDO. A ÉL
NOS REFERIREMOS NORMALMENTE, TENIENDO EN CUENTA QUE EL PROCESO DEL
GERMANIO ES ABSOLUTAMENTE SIMILAR.

3. Un semiconductor es un componente que no
es directamente un conductor de corriente,
pero tampoco es un aislante. En un
conductor la corriente es debida al
movimiento de las cargas negativas
(electrones). En los semiconductores se
producen corrientes producidas por el
movimiento de electrones como de las
cargas positivas (huecos). Los
semiconductores son aquellos elementos
perteneciente al grupo IV de la Tabla
Periódica (Silicio, Germanio, etc.
Generalmente a estos se le introducen
átomos de otros elementos, denominados
impurezas, de forma que la corriente se deba
primordialmente a los electrones o a los
huecos, dependiendo de la impureza
introducida. Otra característica que los
diferencia se refiere a su resistividad,
estando ésta comprendida entre la de los
metales y la de los aislantes.

4. CORRIENTE DE SEMICONDUCTOR
• LA CORRIENTE QUE FLUIRÁ EN UN SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
• CONSISTE EN CORRIENTE DE AMBOS ELECTRONES Y HUECOS.
• ES DECIR, LOS ELECTRONES QUE HAN SIDO LIBERADOS DE SUS
• POSICIONES EN LA RED DENTRO DE LA BANDA DE CONDUCCIÓN,
• SE PUEDEN MOVER A TRAVÉS DEL MATERIAL.
• ADEMÁS, OTROS ELECTRONES PUEDEN SALTAR ENTRE LAS
• POSICIONES DE LA RED PARA LLENAR LAS VACANTES DEJADAS
• POR LOS ELECTRONES LIBERADOS.
• ESTE MECANISMO ADICIONAL SE LLAMA CONDUCCIÓN DE
• HUECOS, PORQUE ES COMO SI LOS HUECOS ESTUVIERAN
• EMIGRANDO A TRAVÉS DEL MATERIAL EN DIRECCIÓN OPUESTA
• AL MOVIMIENTO DE ELECTRONES LIBRES.
• EL FLUJO DE CORRIENTE EN UN SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO ESTÁ
INFLUENCIADO POR LA DENSIDAD
• DE ESTADOS DE ENERGÍA LA CUAL A SU VEZ, INFLUENCIA LA DENSIDAD DE
ELECTRONES EN LA BANDA DE CONDUCCIÓN.
• ESTA CORRIENTE ES DEPENDIENTE ALTAMENTE DE LA TEMPERATURA.

5. •
• 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.
• 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.

6. Los elementos semiconductores por excelencia son el silicio y el germanio, aunque
existen otros elementos como el estaño, y compuestos como el arseniuro de galio
que se comportan como tales.
Tomemos como ejemplo el silicio
en su modelo bidimensional:
Vemos como cada átomo de silicio se rodea de sus 4 vecinos próximos con lo
que comparte sus electrones de valencia.
A 0ºK todos los electrones hacen su papel de enlace y tienen energías
correspondientes a la banda de valencia. Esta banda estará completa, mientras que
la de conducción permanecerá vacía. Es cuando hablamos de que el conductor es
un aislante perfecto.

7. ELECTRONES Y HUECOS
•
• EN UN SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO COMO EL SILICIO A TEMPERATURA
POR ENCIMA DEL CERO ABSOLUTO, HABRÁ ALGUNOS ELECTRONES QUE SERÁN
EXCITADOS, CRUZARÁN LA BANDA PROHIBIDA Y ENTRANDO EN LA BANDA DE
CONDUCCIÓN, PODRÁN PRODUCIR CORRIENTE. CUANDO EL ELECTRÓN DEL
SILICIO PURO ATRAVIESA LA BANDA PROHIBIDA, DEJA TRAS DE SÍ UN PUESTO
VACANTE DE ELECTRONES O "HUECO" EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA DEL
SILICIO NORMAL. BAJO LA INFLUENCIA DE UNA TENSIÓN EXTERNA, TANTO EL
ELECTRÓN COMO EL HUECO SE PUEDEN MOVER A TRAVÉS DEL MATERIAL. EN
UN SEMICONDUCTOR TIPO N, EL DOPANTE CONTRIBUYE CON ELECTRONES
EXTRAS, AUMENTANDO DRÁSTICAMENTE LA CONDUCTIVIDAD. EN UN
SEMICONDUCTOR TIPO P, EL DOPANTE PRODUCE VACANTES ADICIONALES O
HUECOS, QUE TAMBIÉN AUMENTAN LA CONDUCTIVIDAD. SIN EMBARGO, EL
COMPORTAMIENTO DE LA UNIÓN P-N ES LA CLAVE PARA LA ENORME VARIEDAD
DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE ESTADO SÓLIDO

8. SEMICONDUCTOR DOPADO
• 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

9. 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:
Aplicar una tensión de valor superior.
Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el exterior.
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.
En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".
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.
Semiconductor tipo P
Semiconductor tipo N

10. 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.

11. EJEMPLO
• EL SIGUIENTE ES UN EJEMPLO DE DOPAJE DE SILICIO
POR EL FÓSFORO (DOPAJE N). EN EL CASO DEL
FÓSFORO, SE DONA UN ELECTRÓN.

12. 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.

13. EJEMPLO
• 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.

14. SEMICONDUCTORES DE GRUPO IV:
PARA LOS SEMICONDUCTORES DEL GRUPO IV
COMO SILICIO, GERMANIO Y CARBURO DE
SILICIO, LOS DOPANTES MÁS COMUNES SON
ELEMENTOS DEL GRUPO III O DEL GRUPO V.
BORO, ARSÉNICO, FÓSFORO, Y
OCASIONALMENTE GALIO, SON UTILIZADOS
PARA DOPAR AL SILICIO.

15. BANDAS EN SEMICONDUCTORES
DOPADOS
•
• LA APLICACIÓN DE LA TEORÍA DE BANDAS A LOS
SEMICONDUCTORES DE TIPO N Y TIPO P MUESTRA QUE LOS NIVELES
ADICIONALES SE HAN AÑADIDO POR LAS IMPUREZAS. EN EL MATERIAL
DE TIPO N HAY ELECTRONES CON NIVELES DE ENERGÍA CERCA DE LA
PARTE SUPERIOR DE LA BANDA PROHIBIDA, DE MODO QUE PUEDEN SER
FÁCILMENTE EXCITADOS HACIA LA BANDA DE CONDUCCIÓN. EN EL
MATERIAL DE TIPO P, LOS HUECOS ADICIONALES EN LA BANDA
PROHIBIDA, PERMITEN LA EXCITACIÓN DE LOS ELECTRONES DE LA
BANDA DE VALENCIA, DEJANDO HUECOS MÓVILES EN LA BANDA DE
VALENCIA.

16. DOPAJEENCONDUCTORESORGÁNICOS
• LOS POLÍMEROS CONDUCTORES PUEDEN SER DOPADOS AL AGREGAR REACTIVOS
QUÍMICOS QUE OXIDEN (O ALGUNAS VECES REDUZCAN) EL SISTEMA, PARA CEDER
ELECTRONES A LAS ÓRBITAS CONDUCTORAS DENTRO DE UN SISTEMA POTENCIALMENTE
CONDUCTOR.
• EXISTEN DOS FORMAS PRINCIPALES DE DOPAR UN POLÍMERO CONDUCTOR, AMBAS
MEDIANTE UN PROCESO DE REDUCCIÓN-OXIDACIÓN. EN EL PRIMER MÉTODO, DOPADO
QUÍMICO, SE EXPONE UN POLÍMERO, COMO LA MELANINA (TÍPICAMENTE UNA PELÍCULA
DELGADA), A UN OXIDANTE (TÍPICAMENTE YODO O BROMO) O A UN AGENTE REDUCTOR
(TÍPICAMENTE SE UTILIZAN METALES ALCALINOS, AUNQUE ESTA EXPOSICIÓN ES BASTANTE
MENOS COMÚN). EL SEGUNDO MÉTODO ES EL DOPAJE ELECTROQUÍMICO, EN LA CUAL UN
ELECTRODO DE TRABAJO, REVESTIDO CON UN POLÍMERO, ES SUSPENDIDO EN UNA
SOLUCIÓN ELECTROLÍTICA, EN LA CUAL EL POLÍMERO ES INSOLUBLE, JUNTO AL ELECTRODO
OPUESTO, SEPARADOS AMBOS. SE CREA UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL ELÉCTRICO ENTRE
LOS ELECTRODOS, LA CUAL HACE QUE UNA CARGA (Y SU CORRESPONDIENTE ION DEL
ELECTROLITO) ENTREN EN EL POLÍMERO EN LA FORMA DE ELECTRONES AGREGADOS
(DOPAJE TIPO N) O SALGAN DEL POLÍMERO (DOPAJE TIPO P), SEGÚN LA POLARIZACIÓN
UTILIZADA.
• LA RAZÓN POR LA CUAL EL DOPAJE TIPO N ES MUCHO MENOS COMÚN ES QUE LA
ATMÓSFERA DE LA TIERRA, LA CUAL ES RICA EN OXÍGENO, CREA UN AMBIENTE OXIDANTE. UN
POLÍMERO TIPO N RICO EN ELECTRONES REACCIONARÍA INMEDIATAMENTE CON EL OXÍGENO
AMBIENTAL Y SE DESDOPARÍA (O REOXIDARÍA) NUEVAMENTE EL POLÍMERO, VOLVIENDO A SU
ESTADO NATURAL.

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