Este documento describe los diferentes tipos de semiconductores, incluyendo semiconductores intrínsecos y extrínsecos. Los semiconductores intrínsecos son materiales semiconductores extremadamente puros con una pequeña cantidad de portadores debido a la energía térmica. Los semiconductores extrínsecos son semiconductores puros a los que se les han añadido pequeñas cantidades de impurezas para modificar su comportamiento eléctrico alterando la densidad de portadores. Estos incluyen semiconductores dopados tipo n y tipo p.

1. Semiconductores intrínsecos y
extrínsecos
Autor : Hugo Andía L.
Curso : Física
Electrónica

2. Introducción
Objetivo
Calcular la densidad de portadores en semiconductor puros y poco dopados.
Motivo
Poder determinaran los comportamientos característicos tensión/corriente de los dispositivos
Densidad de portadores
Probabilidad de ocupación
Densidad de estados
Esquema
Densidad de estados
x = Densidad de portadores
Probabilidad de ocupación
Concepto: Equilibrio térmico
Es el estado en que un proceso es acompañado por otro, igual y opuesto (estado dinámico),
mientras que el sistema se mantiene a la misma temperatura, sin intercambios de energía
con el exterior.

3. Densidad de estados
Definición
La densidad de estados es el número de estados electrónicos posibles por unidad de volumen y por
unidad de energía.
En un metal (los electrones son libres):
Puede considerarse como una función continua en E.
Está expresión también será válida para un semiconductor
cristalino (electrones quasi-libres, ligados a un potencial periódico)
Para adaptarla, hemos de introducir EC, EV y m*

4. Función de distribución de Fermi-Dirac
Los electrones son fermiones, i. e., partículas que cumplen el principio de exclusión de Pauli
Así, vendrán gobernados por la estadística de Fermi:
f(E) es la probabilidad que un estado de energía E esté ocupado, EF es el nivel de Fermi, k es la constante de Boltzmann y T es la
temperatura absoluta.
Comentarios
Un estado con energía E>EF tendrá mas posibilidades de ser ocupado a mayor temperatura.
A una temperatura T, la probabilidad de ocupación disminuye si aumenta la energía
Para cualquier T, la probabilidad de encontrar un electrón con una energía EF es 1/2.
A T=0, la probabilidad de encontrar un electrón con E>EF es 0 y con E<EF es 1
Si la probabilidad de encontrar un electrón es f(E), la probabilidad de no encontrarlo es 1-f(E)
Aproximación de Boltzmann (facilitará los cálculos posteriores)

5. Densidad de portadores

6. Densidad de portadores

7. Semiconductores extrínsecos
Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas
a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la
densidad de portadores de carga libres.
Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semiconductores dopados.
En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n.
Para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y tipo p los de la III

8. Semiconductores tipo n y tipo p

9. Densidad de portadores en semiconductores extrínsecos

10. Nivel de Fermi en semiconductores extrínsecos

11. Semiconductores intrínsecos
• 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.
• 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.
• La tensión aplicada en la figura forzará a los electrones libres a circular hacia la derecha (del terminal negativo de
la pila al positivo) y a los huecos hacia la izquierda.
A simple vista es imposible que un semiconductor permita el movimiento de electrones
A través de sus bandas de energía
Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor es un aislante porque todos los e- están formando enlaces.
Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar libre un e- para moverse en la
estructura cristalina. El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia positiva) en la estructura
cristalina. De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-), pero también hay un
segundo tipo de portador: el hueco (h+)

14. Estructura de Metal
Estructura de un semiconductor

15. • Semiconductor Intrínseco:
Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene
una cantidad insignificante de átomos de impurezas.
En él se cumple:

16. Referencias
• http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-
tecnicas/electronica/contenido/electronica/Tema1_SemiConduct.p
df
• https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:fETr8RK0P0kJ:ww
w.uv.es/candid/docencia/ed_tema-
02.pdf+semiconductores+intrinsecos&hl=es&gl=pa&pid=bl&srcid=
ADGEESjhmyE4jefWQku0PWY3XRjoxu6lv1Gi2aF3xlOIzM7X0jX6
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Xu-r8v7w
• http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Pagin
as/Pagina4.htm