Investigación de semiconductores Intrínsecos y extrinsecos

1. 
Curso : FISICA ELECTRONICA
Tema: SEMICONDUCTORES
Intrínsecos y Extrínsecos
Teacher: KELLY ZAMORA C.
Alumno: WALTER CASTRO S.
4to ciclo: Ingeniería de Sistemas
2014
UNIVERSIDAD PRIVADA
TELESUP

2.  La historia de los semiconductores comienza en su utilización con fines técnicos, se utilizaron como pequeños
detectores diodos y se emplearon a principios del siglo XX, en los radio receptores de esa época.
 En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, realizó un descubrimiento que se basaba en que si a
ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el
material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o
solares.
 En 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell y Walter Houser Brattain, junto a John
Bardeen, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y
que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.
 Algunos semiconductores, como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), constituyen elementos que poseen
características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni
la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente
eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esta propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna,
detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas
utilizadas en Electrónica Digital, entre otras.
 La mayor o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales semiconductores depende en gran
medida de su temperatura interna. En el caso de los metales, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia al
paso de la corriente también aumenta, disminuyendo la [[conductividad]fila 1, celda 2]. Todo lo contrario ocurre
con los elementos semiconductores, pues mientras su fila 1, celda 2temperatura aumenta, la conductividad también
aumenta.
 Podemos decir que la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando diferentes métodos
como:
 Elevación de su temperatura Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina Incrementando
la iluminación.
Historia de los semiconductores

3. 
 Se pueden clasificar en dos tipos:
 • Semiconductores intrínsecos: son los que poseen una
conductividad eléctrica fácilmente controlable y, al combinarlos de
forma correcta, pueden actuar como interruptores, amplificadores
o dispositivos de almacenamiento.
 • Semiconductores extrínsecos: se forman al agregar a un
semiconductor intrínseco sustancias dopantes o impurezas, su
conductividad dependerá de la concentración de esos átomos
dopantes.
Dependiendo de esas impurezas habrán dos tipos:
 • Semiconductores de tipo n: En las redes de Si o Ge se
introducen elementos del grupo 15 los cuales debido a que tienen
un electrón más en su capa de valencia que los elementos del
grupo14 se comportan como impurezas donadoras de electrones o
portadores negativos.
 • Semiconductores de tipo p: En este caso se introducen
elementos del grupo 13 que presentan un electrón menos en su
capa de valencia, por lo que se comportan como aceptores o
captadores de electrones.
Tipos de semiconductores

4. 
 http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_5.htm
 http://www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdf
 http://www.ecured.cu/index.php/Semiconductores
Paginas Web de Consulta

5. 
Objetivo
Calcular la densidad de portadores en semiconductores puros y poco dopados
Motivo
Poder determinaran los comportamientos característicos tensión/corriente de los
dispositivos
Esquema
Densidad de estados
× ⇒ Densidad de portadores
Densidad de ocupación
Concepto: Equilibrio térmico
Es el estado en que un proceso es acompañado por otro, igual y opuesto (estado
dinámico),
mientras que el sistema se mantiene a la misma temperatura, sin intercambios de energía
con el exterior.
Introducción

6. 
Densidad de estados

7. 
Densidad de portadores

8. 
Densidad de portadores

9. 
Densidad de portadores (cont.)

10. Semiconductor
es intrínsecos
 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.
 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.

11. Semiconductores
intrínsecos
 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.

12. 
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 portadores de carga libres.
Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semiconductores dopados.
En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n.
Para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y tipo p los de la III
II III IV V VI
Semiconductores extrínsecos

13. 
Semiconductores tipo n y tipo p
Semiconductor tipo n
Son los semiconductores que están dopados, esto es que tienen impurezas. Hay 2 tipos
dependiendo de que tipo de impurezas tengan:
Semiconductor tipo n
Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que son impurezas pentavalentes.
Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben el nombre de
"portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios".
Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del
semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando un
hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito externo entra al
semiconductor y se recombina con el hueco.
Los electrones libres de la figura circulan hacia el extremo izquierdo del cristal, donde entran al
conductor y fluyen hacia el positivo de la batería

14. 
Semiconductor tipo p
Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que son impurezas
trivalentes. Como el número de huecos supera el número de electrones libres, los
huecos son los portadores mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios.
Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los
huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo
derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo.
En el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios. Los electrones libres
dentro del semiconductor circulan de derecha a izquierda. Como hay muy pocos
portadores minoritarios, su efecto es casi despreciable en este circuito
Semiconductores tipo n y tipo p

15. 
Densidad de portadores en
semiconductores extrínsecos

16. 
Nivel de Fermi en semiconductores
extrínsecos

17. 
Cuando a un elemento semiconductor le aplicamos una diferencia de potencial o corriente
eléctrica, se producen dos flujos contrapuestos: uno producido por el movimiento de electrones
libres que saltan a la “banda de conducción” y otro por el movimiento de los huecos que
quedan en la “banda de valencia” cuando los electrones saltan a la banda de conducción.
Cuando aplicamos una diferencia de potencial a un. elemento semiconductor, se establece una.
“corriente de electrones” en un sentido y otra. “corriente de huecos” en sentido opuesto.
Si analizamos el movimiento que se produce dentro de la estructura cristalina del elemento
semiconductor, notaremos que mientras los electrones se mueven en una dirección, los huecos o
agujeros se mueven en sentido inverso. Por tanto, el mecanismo de conducción de un elemento
semiconductor consiste en mover cargas negativas (electrones) en un sentido y cargas positivas
(huecos o agujeros) en sentido opuesto.
Ese mecanismo de movimiento se denomina "conducción propia del semiconductor", que para
las cargas negativas (o de electrones) será "conducción N", mientras que para las cargas
positivas (de huecos o agujeros), será "conducción P".
MECANISMO DE CONDUCCIÓN DE UN SEMICONDUCTOR