Semiconductores Intrínsecos

Semiconductores Dopados

• Semiconductor es un elemento que se comporta como

un conductor o como aislante dependiendo de diversos

factores, como por ejemplo el campo eléctrico o

magnético, la presión, la radiación que le incide, o la

temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los

elementos químicos semiconductores de la tabla

periódica se indican en la tabla adjunta.

• El elemento semiconductor más usado es el silicio, el

segundo el germanio. Posteriormente se ha comenzado

a emplear también el azufre. La característica común a

todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio

una configuración electrónica s²p².

• 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 lailustración, en el caso de lossemiconductores el espaciocorrespondiente a la bandaprohibida es mucho másestrecho en comparación conlos materiales aislantes. Laenergía de salto de banda (Eg)requerida por los electronespara saltar de la banda devalencia a la de conducción esde 1 eV aproximadamente. Enlos semiconductores de silicio(Si), la energía de salto debanda requerida por loselectrones es de 1,21 eV,mientras que en los degermanio (Ge) es de 0,785 eV.

• Estructura cristalina de unsemiconductor intrínseco,compuesta solamente porátomos de silicio (Si) queforman una celosía. Como sepuede observar en lailustración, los átomos de silicio(que sólo poseen cuatroelectrones en la última órbita obanda de valencia), se unenformando enlaces covalentepara completar ocho electronesy crear así un cuerpo sólidosemiconductor. En esascondiciones el cristal de siliciose comportará igual que sifuera un cuerpo aislante

En un semiconductor perfecto, las concentraciones de

electrones(n) en la banda de conducción y de huecos(p) en la

banda de valencia son iguales (por unidad de volumen); así

como la concentración intrínseca de portadores.

• 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.

• 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.

• Tipo N

Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas quepermiten la aparición de electrones sin huecos asociados a losmismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que"donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia cinco,como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se hadesbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomointroducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrónno ligado, a diferencia de los átomos que conforman laestructura original, por lo que la energía necesaria parasepararlo del átomo será menor que la necesitada para romperuna ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original).Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que losprimeros serán los portadores mayoritarios y los últimos losminoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios seráfunción directa de la cantidad de átomos de impurezasintroducidos.

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el

Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un

electrón.

Dopaje TipoN

• Tipo P

Se llama así al material que tiene átomos de impurezas quepermiten la formación de huecos sin que aparezcan electronesasociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura.Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan"o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como elAluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducidoes neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica delcristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su últimacapa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá atomar electrones de los átomos próximos, generando finalmentemás huecos que electrones, por lo que los primeros serán losportadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igualque en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritariosserá función directa de la cantidad de átomos de impurezasintroducidos.

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro(P dopaje). En el caso del boro le falta un electrón y, portanto, es donado un hueco de electrón.

Dopaje TipoP

• http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductore

s_intr.C3.ADnsecos

• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_se

miconductor_4.htm

• http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%2

9

• http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-

tecnicas/electronica/contenido/electronica/Tema1_SemiCon

duct.pdf

• http://www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdf

• http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconduct ores)

• http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.a

sp