Los semiconductores intrínsecos son materiales puros formados por un solo componente como el silicio o germanio. Estos forman una estructura cristalina donde los electrones pueden absorber energía para pasar a la banda de conducción, dejando huecos en la banda de valencia. A temperatura ambiente, la concentración de electrones y huecos se iguala dando lugar a la conductividad intrínseca.

1. QUE SON LOS SIMICONDUCTORES
INTRINSICO?
• Se denomina conductores intrínsecos a los
materiales llamados puros, es decir aquellos en
los que todo el material está únicamente
formado por un solo componente básico, esto e
átomos de 4 e- de valencia.

2. Semiconductores intrínsecos
• 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.
• 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 (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas
positivas), se cumple que:

3. • ni = n = p
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-3 ni(Ge) = 2.5 1013cm-3 Los 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

4. • 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. Como se puede observar en la ilustración, en el caso de
los semiconductores el espacio correspondiente a la
banda prohibida es mucho más estrecho en comparación
con los materiales aislantes. La energía de salto de banda
(Eg) requerida por los electrones para saltar de la banda
de valencia a la de conducción es de 1 eV
aproximadamente. En los semiconductores de silicio (Si),
la energía de salto de banda requerida por los electrones
es de 1,21 eV, mientras que en los de germanio (Ge) es
de 0,785 eV.

6. • Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio
o del germanio se le introduce cierta alteración, esos
elementos semiconductores permiten el paso de la
corriente eléctrica por su cuerpo en una sola
dirección. Para hacer posible, la estructura molecular
del semiconductor se dopa mezclando los átomos de
silicio o de germanio con pequeñas cantidades de
átomos de otros elementos o "impurezas".

7. • Generalmente los átomos de las “impurezas”
corresponden también a elementos
semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen
tres electrones en su última órbita [como el galio
(Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco
electrones también en su última órbita [como el
antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez
dopados, el silicio o el germanio se convierten en
semiconductores “extrínsecos” y serán capaces
de conducir la corriente eléctrica.

8. • En la actualidad el elemento más utilizado para
fabricar semiconductores para el uso de la
industria electrónica es el cristal de silicio (Si) por
ser un componente relativamente barato de
obtener. La materia prima empleada para fabricar
cristales semiconductores de silicio es la arena,
uno de los materiales más abundantes en la
naturaleza. En su forma industrial primaria el
cristal de silicio tiene la forma de una oblea de
muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25 mm
aproximadamente), pulida como un espejo.

9. A la izquierda se muestra la ilustración de una oblea (wafer) o cristal semiconductor
de. silicio pulida con brillo de espejo, destinada a la fabricación de transistores y
circuitos. integrados. A la derecha aparece la cuarta parte de la oblea conteniendo
cientos de. minúsculos dados o “chips”, que se pueden obtener de cada una. Esos
chips son los. que después de pasar por un proceso tecnológico apropiado se
convertirán en. transistores o circuitos integrados. Una vez que los chips se han
convertido en. transistores o circuitos integrados serán desprendidos de la oblea y
colocados dentro. de una cápsula protectora con sus correspondientes conectores
externos.

10. • 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.

11. TENEMOS 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.

12. Si a los semiconductores Intrínsecos se les combina
adecuadamente con elementos del III y/o del V
grupo se forman los semiconductores Extrínsecos.
Los elementos del V grupo que se usan en la
electrónica junto con el silicio y el germanio son:
fosforo arsénico, antimonio y bismuto que al
combinarse con los semiconductores Intrínsecos
forman los semiconductores Extrínsecos tipo N.