Este documento describe los semiconductores intrínsecos y dopados. Los semiconductores intrínsecos tienen concentraciones iguales de electrones y huecos a temperatura ambiente. Los semiconductores dopados se crean al sustituir átomos de silicio por impurezas que introducen más electrones (tipo n) o huecos (tipo p), aumentando así la conductividad.

1. Semiconductores Intrinsecos y Dopados

2. QUE ES UN SEMICONDUCTOR . Un 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 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 14 y 15 respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p²

4. Semiconductores Intrinsecos Es un cristal de silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 0,7 eV y 0,3 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

5. Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo "n" la concentración de electrones (cargasnegativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni = n = p

6. siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento. Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (25ºc): ni(Si) = 1.5 1010cm-3ni(Ge) = 2.5 1013cm-3Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos (2), originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.

8. SEMICONDUTOR DOPADO

9. 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 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 posiblidades: 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. Producidos artificialmente, añadiendo al semiconductor átomos con valencia 3. Estas “impurezas” añadidas producen huecos en el semiconductor ya que uno de los cuatro vecinos no completa su enlace. Como estas impurezas producen un hueco que acepta electrones se le conocen como “Aceptoras”. Como los huecos producidos por las impurezas aceptoras se comportan como cargas positivas, a estos semiconductores se les conoce como tipo p. La concentración de impurezas aceptoras se representa con el símbolo NA. También es posible añadir al semiconductor impurezas con valencia 5. Estos átomos comparten cuatro electrones con los vecinos y les sobra uno que con muy poca energía térmica se convierte en un electrón libre. A los semiconductores dopados con estas impurezas “Donadoras” de electrones ( negativas ) se les conoce como tipo n. La concentración de impurezas donadoras se representa con el símbolo ND.