Los semiconductores son materiales cuya conductividad eléctrica se encuentra entre la de los aislantes y la de los conductores. Pueden conducir electricidad a temperatura ambiente y su conductividad puede controlarse mediante la introducción de impurezas. Los semiconductores intrínsecos son puros y su conductividad aumenta con la temperatura, mientras que los extrínsecos están dopados con impurezas que añaden electrones (tipo N) o huecos (tipo P) mejorando su conductividad.
Los semiconductores intrínsecos y los semiconductores extrínsecos (dopado)rafael1414
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 semiconductores intrínsecos y los semiconductores extrínsecos (dopado)rafael1414
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.
2. ¿QUE SON LOS SEMICONDUCTORES?
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 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 16 y 15 respectivamente.
Posteriormente se ha comenzado a emplear también
el azufre.
3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES
Un semiconductor es un elemento con propiedades eléctricas entre las de un conductor y un
aislante. Son materiales que ocupan una oposición intermedia entre los aislantes y los
conductores. Los primeros poseen muy pocas cargas móviles y, en consecuencia, presentan una
resistencia muy alta al paso de la corriente. La resistencia eléctrica que presentan los segundos
es muy baja debido a su riqueza en dichas cargas. Los semiconductores suelen ser aislantes a
cero grados Kelvin, y permiten el paso de corriente a la temperatura ambiente. Esta capacidad
de conducir corriente puede ser controlada mediante la introducción en el material de átomos
diferentes al del semiconductor, denominados impurezas. Cuando un semiconductor posee
impurezas se dice que está dopado.
Son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas temperaturas son aislantes. Pero a
medida que se eleva la temperatura o bien por la adicción de determinadas impurezas resulta
posible su conducción. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de
transistores, circuitos integrados, etc.
4. 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. 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. ESTRUCTURAY CARACTERÍSTICAS
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 Cada átomo de
silicio (Si), ocupa siempre el centro de un cubo que posee otros
4 átomos de silicio en cuatro de sus vértices. Esta estructura
cristalina obliga al átomo a estar rodeado por otros cuatro
iguales, formándose los llamados enlaces covalentes, en los que
participa cada electrón en dos átomos contiguos.
7. SEMICONDUCTORES
EXTRÍNSECOS
Los semiconductores extrínsecos se
caracterizan, porque tienen un pequeño
porcentaje de impurezas, respecto a los
intrínsecos; esto es, posee elementos
trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo
mismo, se dice que el elemento está dopado.
8. SEMICONDUCTORES
EXTRÍNSECOS DE TIPO N
Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por
ejemplo (As, P, Sb). Que sean elementos pentavalentes, quiere decir
que tienen cinco electrones en la última capa, lo que hace que al
formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún
enlace covalente, quedándose en un nivel superior al de los otros
cuatro. Como consecuencia de la temperatura, además de la
formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han
unido.
Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de
electrones que de huecos, se dice que los electrones son los
portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras.
En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma
muy elevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por
cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor
que la del silicio puro.
9. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO P
En este caso son los que están dopados con
elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de
ser trivalentes, hace que a la hora de formar la
estructura cristalina, dejen una vacante con un
nivel energético ligeramente superior al de la
banda de valencia, pues no existe el cuarto
electrón que lo rellenaría.
Esto hace que los electrones salten a las vacantes
con facilidad, dejando huecos en la banda de
valencia, y siendo los huecos portadores
mayoritarios.
10.
11. DOPAJE DE 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.
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.
12. DOPAJE DE 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.
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo
(dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.
