Los semiconductores pueden ser intrínsecos, donde los electrones libres y huecos están en equilibrio, o dopados, que se logran añadiendo impurezas para aumentar la conductividad. Existen dos tipos de semiconductores dopados: tipo n, con electrones libres como portadores mayoritarios, y tipo p, donde los huecos son los portadores mayoritarios. La unión de un semiconductor n y un p genera un campo eléctrico que impide el paso adicional de electrones, creando una barrera en la unión.

1. LOS
SEMICONDUCTORES

INTRINSECOS

DOPADOS
CREADO POR: CARLOS F. FLORES C.

2. 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.
INTRINSECOS

3. 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.
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_s
emiconductor_4.htm

4. 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 1,1 eV y
0,7 eV para el silicio y el germanio
respectivamente.
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductores
_intr.C3.ADnsecos

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 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-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.

6. Estructura
cristalina
de
un
semiconductor intrínseco, compuesta
solamente por átomos de silicio (Si)
que forman una celosía. Como se
puede observar en la ilustración, los
átomos de silicio (que sólo poseen
cuatro electrones en la última órbita
o banda de valencia), se unen
formando enlaces covalente para
completar ocho electrones y crear
así un cuerpo sólido semiconductor.
En esas condiciones el cristal de
silicio se comportará igual que si
fuera un cuerpo aislante.
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_s
emiconductor_4.htm

7. Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como
un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos
debidos a la energía térmica.
En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y
huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a
que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres
y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como
huecos con lo que la corriente total es cero.
La tensión aplicada en la figura forzará a los electrones libres a circular
hacia la derecha (del terminal negativo de la pila al positivo) y a los
huecos hacia la izquierda.

8. EN
LOS
ESTO PODEMOS VER EN QUE DIRECCIÓN SE MUEVEN LOS ELECTRONES Y
HUECOS
EN
UN
SEMICONDUCTOR
INTRÍNSECO.
CUANDO LOS ELECTRONES LIBRES LLEGAN LA EXTREMO DERECHO DEL
CRISTAL, ENTRAN AL CONDUCTOR EXTERNO (NORMALMENTE UN HILO DE
COBRE) Y CIRCULAN HACIA EL TERMINAL POSITIVO DE LA BATERÍA. POR OTRO
LADO, LOS ELECTRONES LIBRES EN EL TERMINAL NEGATIVO DE LA BATERÍA
FLUIRÍAN HACIA EL EXTREMOS IZQUIERDO DEL CRISTAL. ASÍ ENTRAN EN EL
CRISTAL Y SE RECOMBINAN CON LOS HUECOS QUE LLEGAN AL EXTREMO
IZQUIERDO DEL CRISTAL.
SE
PRODUCE UN FLUJO ESTABLE DE ELECTRONES
LIBRES Y HUECOS DENTRO DEL SEMICONDUCTOR.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema
2/Paginas/Pagina4.htm

9. DOPADOS
Este tipo de semiconductor se obtiene artificialmente añadiendo impurezas a
los semiconductores intrínsecos.
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.
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 posibilidades:
• Aplicar una tensión de valor superior
• Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el
exterior.
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp

10. EJEMPLO DE UN CASO
Impurezas de valencia 5 (Arsénico, Antimonio, Fósforo). Tenemos un cristal de
Silicio dopado con átomos de valencia 5.
Los átomo de valencia 5 tienen un electrón
de más, así con una temperatura no muy
elevada (a temperatura ambiente por
ejemplo), el 5º electrón se hace electrón
libre. Esto es, como solo se pueden tener 8
electrones en la órbita de valencia, el átomo
pentavalente suelta un electrón que será
libre.
Siguen dándose las reacciones anteriores. Si
metemos 1000 átomos de impurezas
tendremos 1000 electrones más los que se
hagan libres por generación térmica (muy
pocos).
A estas impurezas se les llama "Impurezas
Donadoras". El número de electrones libres
se llama n (electrones libres/m3).
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/te
ma2/Paginas/Pagina5.htm

11. CLASES
Existen dos clase de semiconductores dopados:
 semiconductores N
 semiconductores P.

12. Se obtiene añadiendo un pequeño número de átomos pentavalentes (con
cinco electrones en su última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos
átomos pueden ser de P, As o Sb. De los cinco electrones, cuatro realizan
enlaces covalentes con los átomos del semiconductor intrínseco y el otro
será libre. A temperatura ambiente los electrones libres de un
semiconductor N provienen de los electrones sobrantes de las impurezas y
de los electrones térmicos (o liberados por energía térmica). Así pues, un
semiconductor tipo N posee más electrones libres que el correspondiente
semiconductor intrínseco y por tanto la conductividad será mayor. También
el número de electrones libres es mayor que el de huecos. La corriente
eléctrica en el semiconductor N es también debida a electrones y huecos.
Los electrones son portadores mayoritarios y los huecos son portadores
minoritarios.
SEMICONDUCTORES N

13. http://www.uv.es/~navasqui/Tecnologia/Tema3.pdf

14. Es el resultado de añadir un pequeño número de átomos trivalentes (con
tres electrones en la última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos
tres electrones formaran enlaces covalentes con los átomos del
semiconductor intrínseco. Queda por lo tanto un electrón del
semiconductor intrínseco sin emparejar para formar el enlace covalente.
Esto es, habrá un hueco donde cabría un electrón.
Los átomos que se añaden pueden ser de Al, B o Bi. En un
semiconductor P existen, pues, huecos debidos a la falta de electrones
para formar enlaces covalentes, electrones libres térmicos y sus
correspondientes huecos. El número de huecos será por lo tanto mayor
en un semiconductor dopado P que en el correspondientes
semiconductor intrínseco. Al conectar un generador externo, los huecos
se moverán hacia el polo negativo del generador y los electrones libres
hacia el polo positivo. Los huecos serán los portadores mayoritarios y los
electrones térmicos los portadores minoritarios.
SEMICONDUCTORES P

15. http://www.uv.es/~navasqui/Tecnologia/Tema3.pdf

16. UNION DE PN
Cuando se unen dos semiconductores dopados, P y N, aparece un fenómeno interesante:
los electrones libres del semiconductor N que están cerca de la unión saltan a los huecos
del semiconductor P para completar los enlaces covalentes que faltaban. Por cada
electrón que salta de N a P aparece una carga negativa en la zona P (la carga del electrón
que ha saltado) y aparece una carga positiva en N (la del núcleo del átomo al que
pertenecía el electrón fugado). Al cabo de un cierto tiempo la zona P, cerca de la unión, se
queda cargada negativamente y la zona N cargada positivamente. Estas cargas producen
un campo eléctrico dirigido de N a P el cual se opone a que pasen más electrones de N a
P. Los electrones que han conseguido saltar a P se mantienen cerca de la unión ya que
son atraídos por los núcleos positivos de la zona N

17. REPRESENTACION GRAFICA
http://www.uv.es/~navasqui/Tecnologia/Tema3.pdf