1. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS Y
DOPADOS
JUAN HERMAN FARIAS FEIJOO

2. Clasificación de Sólidos cristalinos en función
de sus propiedades eléctricas
En los sólidos, debido a la interacción entre los átomos que forman el
cristal, aparece un desdoblamiento de estados  desdoblamiento de
energías.
Cada nivel en el átomo forma una banda. Para la distancia
interátomica de equilibrio pueden las bandas estar:
 Solapadas  METAL
Aparece un
 Separadas (0.5-4 eV) SEMICONDUCTOR
GAP de
 Muy separadas (> 4eV) AISLANTE
energías no
permitidas: Eg

3. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Y EXTRÍNSECOS O DOPADOS
Semiconductor Intrínseco:
 Intrínseco indica un material semiconductor
extremadamente puro  contiene una cantidad
insignificante de átomos de impurezas.
Semiconductor Extrínseco o Dopado:
 Un pequeño porcentaje de átomos del semiconductor
intrínseco se sustituye por átomos de otro elemento
(impurezas o dopantes).

4. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
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+)

5. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
Modelo de bandas de energía: Conducción intrínseca
FFI-UPV.es
http://www.politecnicocartagena.com

6. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
En un semiconductor perfecto, las concentraciones de electrones y de huecos son
iguales:
n = p = ni
FFI-UPV.es
n: número de electrones (por unidad de volumen) en la banda de
conducción
p: número de huecos (por unidad de volumen) en la banda de valencia
ni: concentración intrínseca de portadores
FFI-UPV.es

7. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
Efecto de la temperatura
FFI-UPV.es

8. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
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, se tiene que introducir EC, EV y m*

9. 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:
1
f E
[4]
E EF
kT
e
1
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.
http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/semicon/fermi/functionAndStates/functionAndStates.html
Aproximación de Boltzmann
electrones
fc E
f E
hue cos
fp E
1
f E
exp
E
exp
E F / kT para
EF
E
EF
E / kT p ara ( E F
3 kT
E)
5
3 kT
6

10. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
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
porta-dores de carga libres.
Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos
hablar de semi-conductores dopados.
En función del tipo de dopante, obtendremos
semiconductores dopados tipo p o tipo n.

11. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
Para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y
tipo p los de la III

12. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
SEMICONDUCTOR TIPO N
En general, los elementos de la columna V
convierten al Si en tipo n. Estos elementos
tienen cinco electrones de valencia en
su última capa y se les llama impurezas
dadoras.

13. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
SEMICONDUCTOR TIPO P
En general, los elementos de la columna V
convierten al Si en tipo n. Estos elementos
tienen cinco electrones de valencia en
su última capa y se les llama impurezas
dadoras.

14. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
Densidad de portadores
En los semiconductores tipo n, los electrones son los portadores
mayoritarios.
En los semiconductores tipo p, los huecos son los portadores
mayoritarios.
La ley de acción de masas se cumple para semiconductores
extrínsecos, en equilibrio térmico
Nc, N v
Eg
ctes .
n0 p0
f n
2
ni
15
Para cumplir la neutralida d de la carga :
q n0
NA
q p0
ND
16
De ambas :
n0
ND
NA
2
ND
NA
2
1/ 2
2
2
ni
17

15. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
Densidad de portadores

16. SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O
DOPADOS
Nivel de Fermi
n
p
n i exp
n i exp
EF
Ei
kT
Ei
EF
kT
n0
p0
20
21