semiconductores

1. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente
eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las
propiedades físicas más importantes.
Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes
conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son
muy malos conductores.
A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como
aislante. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas
(dopado) o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores
puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a
los de los metales. Los principales semiconductores utilizados en electrónica
son el silicio, el germanio y arseniuro de galio.
Semiconductor
Material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor
que un aislante, pero peor que un metal.
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2. Silicio : Si
Descubridor : Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) (Sueco)
Año : 1823
Etimología : del latín silex
• En estado puro tiene propiedades físicas y químicas parecidas a las del
diamante.
• El dióxido de silicio (sílice) [SiO2] se encuentra en la naturaleza en
gran variedad de formas: cuarzo, ágata, jaspe, ónice, esqueletos de
animales marinos.
• Su estructura cristalina le confiere propiedades semiconductoras. En
estado muy puro y con pequeñas trazas de elementos como el boro,
fósforo y arsénico constituye el material básico en la construcción de los
chips de los ordenadores.
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3. Semiconductor
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4. Silicio: Átomo, Modelo
de enlace y estructura
crsitalina
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5. Semiconductor: representación bidimensional de la estructura cristalina
Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor sería 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+)
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6. Semiconductor: Acción de un campo eléctrico.
Si
SiSi
SiSi
SiSi
Si
Si
Si Si
SiSiSi
SiSi SiSi
SiSi
+
Semiconductor intrínseco: acción de un campo eléctrico
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos de portadores de carga:
HUECOS y ELECTRONES
La temperatura afecta fuertemente a las propiedades eléctricas de los semiconductores:
mayor temperatura  más portadores de carga  menor resistencia
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7. Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor intrínseco indica un material semiconductor
extremadamente puro que contiene una cantidad
insignificante de átomos de impurezas.
Semiconductor extrínseco, se le han añadido cantidades
controladas de átomos impuros (Dopado) para favorecer la
aparición de electrones (tipo n –átomosde valencia 5: As,
P o Sb ) o de huecos (tipo p - átomos de valencia 3: Al,
B, Ga o In).
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8. Si
Si
Si
Si
Si
SiSi
SiSi
SiSi
SiSi
Si
Si Si
SiSiSi
SiSi SiSi
SiSi
Sb
+
Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor extrínseco: TIPO N
Semiconductor extrínseco: TIPO P
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son
Electrones libres
Sb: antimonio
Impurezas del grupo V de
la tabla periódica
Es necesaria muy poca
energía para ionizar el
átomo de Sb
Si
SiSi
SiSi
SiSi
Si
Si
Si Si
SiSiSi
SiSi SiSi
SiSi
Al
-+
Al: aluminio
Impurezas del grupo III de
la tabla periódica
Es necesaria muy poca
energía para ionizar el
átomo de Al
A temperatura ambiente
todos los átomos de
impurezas se encuentran
ionizados
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
AlAl
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
300ºK
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-
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-
-
-
-
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--
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--
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-
-
-
-
-
Huecos libresHuecos libres Átomos de impurezas ionizadosÁtomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un
semiconductor tipo P son
Huecos. Actúan como portadores de carga
positiva.
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
SbSb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Impurezas grupo VImpurezas grupo V
300ºK
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Electrones libresElectrones libres Átomos de impurezas ionizadosÁtomos de impurezas ionizados
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9. Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
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-
- +
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
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-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
-
-
-
- +
+
+ +
+
++--
Zona de transiciónZona de transición
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga
espacial denominada ‘zona de transición’, que actúa como una barrera para el
paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
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10. Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
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+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
- +
+
+ +
++
-
-
-
-
+
+
+
+
+P N
La unión P-N polarizada inversamente
La zona de transición se
hace más grande.
Con polarización inversa
no hay circulación de
corriente.
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-
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
- +
+
+ +
-
-
-
-
+
+
+
+
+P
++
La unión P-N polarizada en directa
NLa zona de transición se
hace más pequeña.
La corriente comienza a
circular a partir de un cierto
umbral de tensión directa.
IP NP NP N
DIODO SEMICONDUCTOR
Conclusiones:
Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente.
Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de
corriente eléctrica
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