Este documento explica los diferentes tipos de semiconductores. Explica que los semiconductores intrínsecos como el silicio conducen electricidad cuando se calientan y generan pares electrón-hueco. Los semiconductores extrínsecos son dopados con impurezas para crear un exceso de electrones (tipo n) o huecos (tipo p), mejorando su conductividad. Finalmente, discute cómo la concentración de portadores varía con la temperatura en semiconductores puros y dopados.

1. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS Y LOS
SEMICONDUCTORES
DOPADOS
ANDRÉS JOHAN PERALTA QUEDENA
INGENIERÍA DE SISTEMAS
IV CICLO

2. INTRODUCCION
La física estudia la naturaleza y busca descubrir las leyes que la rigen, si unimos un poco
estas dos definiciones podríamos decir que lo que busca la física de semiconductores
es explicar el comportamiento de los semiconductores, experimentando con ellos
exponiéndolos a diversas temperaturas, en ambientes con diferentes características y
así observar que cambios tienen estos al ser expuestos a diversas condiciones.
Un Semiconductor es un material o compuesto que tiene propiedades aislantes o
conductoras. Unos de los elementos más usados como semiconductores son el silicio,
el germanio y selenio, además hay otros que no son elementos como los mencionados
anteriormente si no que son compuestos como lo son el Arseniuro de Galio, el Telururo
de Plomo y el Seleniuro de Zinc.

3. LOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
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:

4. Del ejemplo anterior, 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.
Ahora bien, si aumentamos la temperatura, aumentará por consiguiente la energía cinética de
vibración de los átomos de la red, y algunos electrones de valencia pueden absorber de los átomos
vecinos la energía suficiente para liberarse del enlace y moverse a través del cristal como electrones
libres. Su energía pertenecerá a la banda de conducción, y cuanto más elevada sea la temperatura
más electrones de conducción habrá, aunque ya a temperatura ambiente podemos decir que el
semiconductor actúa como conductor.

5. Si un electrón de valencia se convierte en
electrón de conducción deja una posición
vacante, y si aplicamos un campo eléctrico al
semiconductor, este “hueco” puede ser ocupado
por otro electrón de valencia, que deja a su vez
otro hueco. Este efecto es el de una carga +e
moviéndose en dirección del campo eléctrico. A
este proceso le llamamos ‘generación térmica de
pares electrón-hueco’.

6. Paralelamente a este proceso se da el de “recombinación”. Algunos electrones de la banda de
conducción pueden perder energía(emitiéndola en forma de fotones, por ejemplo), y pasar a la de
valencia ocupando un nivel energético que estaba libre, o sea , “ recombinándose” con un hueco. A
temperatura constante, se tendrá un equilibrio entre estos dos procesos, con el mismo número de
electrones en la banda de conducción que el de huecos en la de valencia.
Este fenómeno de la conducción asociada a la formación de pares en el semiconductor se denomina
conducción intrínseca. Se cumple que
p = n = ni --> Donde p y n son las concentraciones de huecos y electrones respectivamente, y ni es la
concentración de portadores intrínsecos.

7. LOS SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS
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.
Dependiendo de si está dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se diferencian dos
tipos:
Semiconductores extrínsecos tipo n
Semiconductores extrínsecos de tipo p

8. Semiconductores extrínsecos 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 n

10. Semiconductores extrínsecos tipo n

11. Semiconductores extrínsecos de 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.

12. Semiconductores extrínsecos de tipo p

13. Semiconductores extrínsecos de tipo p

14. Semiconductores puros o compensados con NA =
ND o dopados
Variación de la concentración
de portadores con la
temperatura, en un
semiconductor Puro

15. Semiconductores puros o compensados con NA =
ND o dopados fusionándolos con temperaturas
muy altas
Variación de la concentración de portadores
con la temperatura, en un semiconductor
dopado tipo n

16. PAGINAS WEBS VISITADAS
http://fisicadesemiconductores.blogspot.com/
http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html
http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html
http://www.ing.uc.edu.ve/ocontrer/semiconductores.htm