Los semiconductores intrínsecos tienen una concentración constante de electrones y huecos a temperatura ambiente. Los semiconductores dopados tienen átomos impuros que aumentan la cantidad de electrones libres (tipo n) o huecos (tipo p). Una unión p-n se forma cuando se unen un semiconductor tipo p y uno tipo n, creando una zona de agotamiento sin portadores. Al aplicar una tensión directa, los portadores pueden cruzar la unión y permitir la conducción eléctrica.

1. Semiconductores Intrínsecos y
los Semiconductores Dopados

2. Semiconductores intrínsecos
 Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraedro similar a la del
carbono mediante enlace covalente 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
conductancia dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia(1). Las
energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 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 de singadera
extrema 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 constante. Siendo "n" la
concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos
(cargas positivas), se cumple que:
 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 (27ºc):
 ni(Si) = 1.5 1010cm-3ni (Ge) = 1.72 1013cm-3

3. Cristal De Silicio Puro
Se denomina semiconductor puro aquél en que los átomos
que lo constituyen son todos del mismo tipo, es decir no tiene
ninguna clase de impureza. La disposición esquemática de los
átomos para un semiconductor de silicio podemos observarla
en la figura, Las regiones sombreadas representan la carga
positiva neta de los núcleos y los puntos negros son los
electrones, menos unidos a los mismos.

4. Conducción Del Cristal De
Silicio Puro
 A la temperatura ambiente (20-25 grados C.) algunas de las fuertes
uniones entre los átomos se rompen debido al calentamiento del
semiconductor y como consecuencia de ello algunos de los
electrones pasan a ser libres. En la figura siguiente se representa
esta situación. La ausencia del electrón que pertenecía a la unión
de dos átomos de silicio se representa por un círculo.

5. SEMICONDUCTOR DOPADO
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

6. Dopado del Germanio
 el germanio tiene todos sus electrones con baja energía dentro de
las bandas de valencia y se transforma en un aislador absoluto. En
cambio a temperatura ambiente alguno de los electrones toma la
energía necesaria para pasar a la banda de conducción y el
germanio se comporta como un semiconductor(Ver figura 2.).
 El electrón que se independiza de la atracción del núcleo se
convierte en electrón libre y origina en la covalencia que se
destruye, la ausencia de una carga negativa o pozo positivo, que se
denomina, laguna o agujero. Se admite que esta laguna o agujero
se va corriendo sucesivamente a través del sólido, pues puede ser
llenada por electrones de covalencias vecinas originando en ellas el
nuevo hueco (ver figura 3).

7. Figura de dopado en Ge

8. Figura de dopado electrónico en el
Ge

9. Movimiento de Agujero
La movilidad del agujero puede ser simulada por estudiantes.
Cinco estudiantes son electrones y una silla vacía es un
agujero. Por cada movimiento de los estudiantes una silla hacia
la derecha (flechas oscuras) produce un resultado que es
equivalente a una silla vacía que mueve a la izquierda (flechas
blancas).

10. Movimiento de Agujero
Representativo

11. Semiconductores del tipo "n”
 La impurificación consiste en agregar al semiconductor átomos
de otros elementos, hablamos de una contaminación de un
átomo contaminante por cada 108 átomos de la red.
 Una de las impurezas usadas es el Arsénico que tiene 5
electrones en la última capa, necesitando 3 para lograr la
configuración estable de 8 electrones.
 Poniendo en condiciones adecuadas de presión y temperatura
cristales de Ge en presencia de As, el mismo desplaza a los
átomos de Ge y con 4 de sus electrones forma 4 covalencias
compartiendo electrones con otros cuatro átomos de Ge
logrando 8 en la última capa a expensas de liberar el quinto a la
red. El electrón libre que se incorpora al sólido mejora la
conductividad del mismo porque se aumenta dentro del sólido
el número de portadores de corriente.

12. Semiconductores del tipo "n”

13. Semiconductores del tipo "p"
 El Ge se puede contaminar también con otras impurezas como
el Boro o el Indio. Tanto uno como el otro tienen 3 electrones de
valencia en la última capa y también en condiciones adecuadas
de presión y temperatura estos pueden sustituir a un átomo de
Ge de la red, pero al hacer esto en las covalencias vecinas
faltaría un electrón generando un hueco positivo llamado
laguna. Ésta genera estabilidades y tiende a ser llenada con
electrones de covalencias vecinas pasando el hueco o la
laguna (+) alternativamente entre los átomos de la red, es decir
contrariamente a lo que hacía el Arsénico , el Boro deja lagunas
libres forzando a los electrones a ocuparlas y haciendo que
estos queden en minoría resultando como portadoras
mayoritarias las lagunas. Este nuevo semiconductor se
denomina del tipo "p" y a la impureza, "aceptora".

14. Semiconductores del tipo "p"

15. Unión p-n
 Una unión p-n se obtiene por la unión de un semiconductor
tipo "p" y uno "n". En el tipo "p" los portadores mayoritarios
son lagunas y tratarán de difundirse hacia el "n" por lo
contrario los portadores mayoritarios del "n" que son los
electrones tratarán de difundirse ocupando parte de "p".
 Pero tanto uno como otro semiconductor son neutros, cada
electrón que deja el "n" y pasa al "p" carga negativamente al
"p" y positivamente al "n" y cada laguna que pase del "p" al
"n" aumenta también la positividad de "n" y la negatividad de
"p".
 Al principio los primeros electrones y lagunas que difunden
cerca de la juntura no encuentran resistencia de ningún
campo eléctrico pero a medida que van cruzando la unión
van dejando una zona sin portadores y creando un potencial
eléctrico intenso que actúa en contra del movimiento de
otros portadores que quieren intentar el mismo camino.
 Llega un momento que los portadores que no han cruzado la
unión, si quieren hacerlo necesitan energía extra para vencer
el potencial y pasar la zona deprimida que es del orden de
un micrón.

16. Unión p-n

17. Zona de agotamiento
 No es conductora, puesto que no posee portadores de carga
libres. En ella actúa un campo eléctrico, o bien entre los
extremos actúa una barrera de potencial.

18. Polarización Directa Unión Pn
 El bloque PN en principio no permite el establecimiento de una
corriente eléctrica entre sus terminales puesto que la zona de
agotamiento no es conductora.
 Sin embargo, si se aplica una tensión positiva en el ánodo, se
generará un campo eléctrico que "empujará" los huecos hacia la
unión, provocando un estrechamiento de la zona de agotamiento.
Sin embargo, mientras ésta exista no será posible la conducción.
 Si la tensión aplicada supera a la de barrera, desaparece la zona
de agotamiento y el dispositivo conduce. De forma simplificada e
ideal, lo que sucede es lo siguiente
 Electrones y huecos se dirigen a la unión.
 En la unión se recombinan.
 En resumen, polarizar un diodo PN en directa es aplicar tensión
positiva a la zona P y negativa a la zona N. Un diodo PN conduce
en directa porque se inunda de cargas móviles la zona de
agotamiento.
La tensión aplicada se emplea en:
 Vencer la barrera de potencial.
 Mover los portadores de carga

19. Polarización Directa Unión Pn

20. Polarización Inversa Unión Pn.
Corriente De Fuga
 Condición de Polarización Inversa (Vd < 0 V).
Bajo esta condición el número de iones positivos descubiertos en la
región de agotamiento del material tipo N aumentará debido al mayor
número de electrones libres arrastrados hacia el potencial positivo del
voltaje aplicado. El número de iones negativos descubiertos en el
material tipo P también aumentará debido a los electrones inyectados
por la terminal negativa, las cuales ocuparán los huecos. El fenómeno
explicado anteriormente, en ambos tipos de material N y P, provocará
que la región de agotamiento se ensanche o crezca hasta establecer
una barrera tan grande que los portadores mayoritarios no podrán
superar, esto significa que la corriente Id del diodo será cero. Sin
embargo, el número de portadores minoritarios que estarán entrando a
la región de agotamiento no cambiará, ya que para ellos la unión esta
polarizada en directo, creando por lo tanto la corriente Is denominada
corriente de saturación inversa o corriente de fuga.

21. Polarización Inversa Unión Pn.
Corriente De Fuga

22. Polarización Directa
 Cuando al diodo se le aplica externamente una
diferencia de potencial como si estuviera en paralelo
con una pila imaginaria que formó el potencial de la
unión, los electrones del lado n no pueden pasar al
lado p porque la pila con su lado positivo refuerza la
barrera de potencial.

23. Polarización Directa
 Por la misma razón las lagunas tampoco pueden pasar al
lado n porque el potencial negativo de la pila refuerza la
barrera de potencial de la unión.
 También podemos decir que no circulará ninguna corriente
porque la pila exterior ensancha mucho la zona deprimida.
En realidad siempre circula una corriente pequeña debida a
los portadores minoritarios. La polarización del diodo
realizada de esta forma se llama polarización inversa, es
decir si el diodo se polariza inversamente no conduce
corriente. Si invertimos la polarización de los portadores
mayoritarios toman la energía necesaria para atravesar la
unión venciendo la barrera de potencial y a ésta se la
denomina polarización directa.
 En forma no muy rigurosa podemos decir que un diodo
polarizado directamente se comporta como un interruptor
cerrado mientras que inversamente polarizado como uno
abierto. El signo que se utiliza para individualizar a un diodo
en un circuito es el siguiente:

24. Polarización Directa

25. Dirección de publicaciones
 http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
 http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.ht
m
 http://www.areaelectronica.com/semiconductores-comunes/
 http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/dispossemicond.html
 http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Principios-Basicos-Materiales-
Semiconductores.php
 http://www.ing.unlp.edu.ar/quimica/Q1.htm