semiconductores

SemiconductoresSemiconductores

Curso: Física ElectrónicaCurso: Física ElectrónicaAlumno: Manuel José Sánchez RodríguezAlumno: Manuel José Sánchez Rodríguez

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SEMICONDUCTORES INTRINSECOSSEMICONDUCTORES INTRINSECOS

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.

Definición

Podemos ver en el grafico en que dirección se mueven los electrones y los huecos en un semiconductor intrínseco.

Grafico


Los elementos semiconductores por excelencia son el silicio y el germanio, aunque existen otros elementos como el estaño, y compuestos como el arseniuro de galio que se comportan como tales.

Semiconductores intrínsecos por excelenciaVemos como cada átomo de silicio se rodea de sus 4 vecinos próximos con lo que comparte sus electrones de valencia. A 0ºK todos los electrones hacen su papel de enlace y tienen energías correspondientes a la banda de valencia. Esta banda estará completa, mientras que la de conducción permanecerá vacía. Es cuando hablamos de que el conductor es un aislante perfecto.

Ahora bien, si aumentamos la temperatura, aumentará por consiguiente la energía cinética de vibración de los átomos de la red, y algunos electrones de valencia pueden absorber de los átomos vecinos la energía suficiente para liberarse del enlace y moverse a través del cristal como electrones libres. Su energía pertenecerá a la banda de conducción, y cuanto más elevada sea la temperatura más electrones de conducción habrá, aunque ya a temperatura ambiente podemos decir que el semiconductor actúa como conductor.

silicio en su modelo bidimensional


Si un electrón de valencia se convierte en electrón de conducción deja una posición vacante, y si aplicamos un campo eléctrico al semiconductor, este “hueco” puede ser ocupado por otro electrón de valencia, que deja a su vez otro hueco. Este efecto es el de una carga +e moviéndose en dirección del campo eléctrico. A este proceso le llamamos ‘generación térmica de pares electrón-hueco’.

Semiconductores intrínsecos por excelenciaParalelamente a este proceso se da el de “recombinación”. Algunos electrones de la banda de conducción pueden perder energía(emitiéndola en forma de fotones, por ejemplo), y pasar a la de valencia ocupando un nivel energético que estaba libre, o sea , “ recombinándose” con un hueco. A temperatura constante, se tendrá un equilibrio entre estos dos procesos, con el mismo número de electrones en la banda de conducción que el de huecos en la de valencia.

Este fenómeno de la conducción asociada a la formación de pares en el semiconductor se denomina conducción intrínseca. Se cumple quep = n = ni --> Donde p y n son las concentraciones de huecos y electrones respectivamente, y ni es la concentración de portadores intrínsecos.

SEMICONDUCTOR DOPADOSEMICONDUCTOR DOPADO

En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor, es llamado degenerado.El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeña. Cuando se agregan un pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1 cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura N+ para material de tipo N, o P+ para material de tipo P.

Definición


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.El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos de otros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas. Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o intrínseco aparecen dos clases de semiconductores.•Semiconductor tipo P •Semiconductor tipo N

Grafico


Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí)

Semiconductor tipo N

A esta red de silicio "dopado" con esta clase de impurezas se le denomina "Silicio tipo N"En esta situación hay mayor número de electrones que de huecos. Por ello a estos últimos se les denomina "portadores minoritarios" y "portadores mayoritarios" a los electronesLas Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de dopado son el arsénico, el antimonio y el fósforoEstá claro que si a un semiconductor dopado se le aplica tensión en sus bornas, las posibilidades de que aparezca una corriente en el circuito son mayores a las del caso de la aplicación de la misma tensión sobre un semiconductor intrínseco o puro.

sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga cinco electrones en su capa exterior, resulta que cuatro de esos electrones sirven para enlazarse con el resto de los átomos de la red y el quinto queda libre.


Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí)

Semiconductor tipo P

A esta red de silicio dopada con esta clase de impurezas se le denomina "silicio tipo P“.

sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga tres electrones en su capa exterior, resulta que estos tres electrones llenarán los huecos que dejaron los electrones del átomo de silicio, pero como son cuatro, quedará un hueco por ocupar. Osea que ahora la sustitución de un átomo por otros provoca la aprición de huecos en el cristal de silicio. Por tanto ahora los "portadores mayoritarios" serán los huecos y los electrones los portadores minoritarios.

BibliografíaBibliografía

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm

http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html

http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp

http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/tipo-N.asp










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