SEMICONDUCTORES

Semiconductores Intrínsecos

Semiconductores Dopados tipo P y tipo N

AUTOR: Santos Daniel Maquera G.

Realizado para la carrera de ingeniería de sistemas de la universidad privada Telesup

INTRODUCCIÓN

Un semiconductor se puede convertir en un conductor o en un aislante dependiendo de la conveniencia

1 2 3

1=Aislante2=Semiconductor3=Conductor

Huecos y Electrones

Los Electrones y los Huecos se crean por pares. Las reglas de los electrones es que se mueven hacia una dirección(en la imagen a la derecha), de modo que es al revés para los huecos(en la imagen a la Izquierda).

Semiconductores IntrínsecosEn un Semiconductor intrínseco, sus átomos se encuentran en estado puro, sin impurezas. La concentración de electrones para conducir es igual a la concentración de huecos.

En su estado normal el semiconductor intrínseco tomara la forma de un cristal perfecto. Sus electrones están alienados en su posición original. Tal como se ve en la imagen, en el caso del Silicio Esto se da cuando el calor sometido este a 0°C.

En equilibrio (Aislante)

Electrones

Unión entre átomos(Unión Covalente)

Modelo del Caso del Silicio

Como se puede observar en la ilustración los átomos formados sólo por Silicio. Se unen en sus cuatro lados, formando enlaces covalentes, para completar ocho electrones y así formar un sólido cristalino semiconductor. En estas condiciones el Silicio se comportará como un aislante.

Electrones libres y Zona de conducción

Electrón libre

Hueco

Cuando le aumentamos de temperatura, los electrones suelen desplazarse a la banda de conducción, para funcionar como electrones de conducción. Al liberarse deja un hueco(partícula ficticia positiva en la estructura cristalina. De esta forma dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-) y el hueco (h+).

(h+) (e-)

Comparación

Ha temperatura 0°C, los semiconductores son aislantes, no pasa energía a la barra de conducción. Le aumentamos de temperatura y habrá movimiento de electrones libres a la barra de conducción. Y también habrá huecos resultantes del aporte de energía térmica. El movimiento de electrones en el ambiente implica el movimiento de cargas positivas hacia los huecos.

Ejemplo en una pila

Semiconductores Dopados Tipo P y Tipo N

Es el tipo de Semiconductor que se crea artificialmente añadiendo impurezas al Semiconductor Intrínseco y se denomina dopado o extrínsecos. Los Semiconductores dopados pueden ser de dos formas, el del tipo P, y del tipo N.

En la imagen tenemos un esquema de una pila. La parte positiva intentará atraer(h+) a los electrones(e-)Y producirá una corriente continua. Pero la conductividad es baja, por ello tenemos dos posibilidades:• Aplicar una tensión de valor superior.• Introducir en el semiconductor electrones o

huecos del exteriorLa primera no seria factible, porque llegaríamos a lo mismo. En cambio la segunda es sustituir algunos átomos de Silicio por el de otros elementos, y ha este proceso se les llama dopado.

Semiconductores del Tipo PConsisten en introducir impurezas con menos electrones de valencia que el material semiconductor base.Por lo tanto quedaría huecos(h+) en el material debido a la carencia de electrones de valencia del aceptador. Pero los huecos facilitan que los electrones en la base se muevan rápidamente. En el ejemplo anterior de la pila facilitaría el paso de energía eléctrica. A este material obtenido se le llama semiconductor del tipo P (positivo).

En la figura, tenemos al Silicio, al que se le ha agregado impurezas del Boro, y por lo tanto tiene un electrón menos, y ha dejado un hueco. Recuerde que la carencia de huecos ayuda a que el material sea un buen conductor.

Semiconductor P a muy baja Temperatura Semiconductor P a temperatura de ambiente

Hueco sobrante Hueco sobranteHueco térmico

Electrón térmico

El resultado de un semiconductor P es, que se añade un pequeño numero de átomos trivalentes (tres electrones en la última capa) a un semiconductor intrínseco. Los aceptadores en este tipo de dopado son:El fósforo(P), El Aluminio(Al), El Galio(Ga), Indio(In). Entonces el dopado tipo P, consiste en introducir nivel de energía (h+) en la banda prohibida.

Tomando como ejemplo al Silicio, que tiene 4 electrones en su capa exterior. Y le sustituimos por el del aluminio, este llenara los huecos, pero al tener solo 3 electrones, este dejara un vacío(hueco).

Semiconductores del Tipo NConsiste en introducir impurezas con mayor electrones que el material base. Como sabemos el Silicio y el Germanio no ceden ni aceptan electrones en su última órbita, no aceptan la circulación de corriente eléctrica, por lo tanto se comportan como aislantes.La manera de solucionar esto es agregando un elemento con cinco electrones en su última órbita, de esta manera quedaría libre un electrón en toda la estructura cristalina.Como se observa en la imagen, El silicio con cuatro electrones en su capa exterior, se ha sustituido por el fósforo que tiene cinco electrones en su capa exterior, los cuatro electrones del Fósforo sirven para rellenar los huecos del Silicio y el quinto queda libre.

Semiconductor N a muy baja temperatura Semiconductor N a temperatura ambiente

Electrón sobrante

Electrón sobranteElectrón Térmico

HuecoTérmico

Se obtiene añadiendo un pequeño numero de átomos pentavalentes(con cinco electrones en su última capa) a un Semiconductor intrínseco.Los donantes son: El Fósforo(P), Arsénico(As), Antimonio(Sb).Entonces este tipo de dopado consiste en introducir nivel de energía (e-)en la banda prohibida

Comparación

Banda Prohibida Banda Prohibida

Fuentes Bibliográficas• http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_5.htm• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_8.htm• http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/tipo-N.asp

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

ocw.usal.es/ensenanzas-tecnicas/materiales-electronicos/contenido/MaterialesElectronicos/Tema_5_Dopado.pdf

• http://lcr.uns.edu.ar/electronica/Introducc_electr/2011/clases/F%C3%ADsica_Semiconductor.pdf

• http://mit.ocw.universia.net/6.071/s02/pdf/f02-lec15.pdf