SEMICONDUCTORES

SEMICONDUCTORES

Tipos:

•Semiconductores Intrínsecos

•Semiconductores Extrínsecos

son materiales cuya conductividad varía con la

temperatura, pudiendo comportarse como conductoreso como aislantes. Resulta que se desean variaciones de la

conductividad no con la temperatura sino controlables

eléctricamente por el hombre.

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

Es un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura

tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes

entre sus átomos

Cuando el cristal se encuentra

a temperatura ambientealgunos electrones pueden

absorber la energía necesaria

para saltar a la banda de

conducción dejando el

correspondiente hueco en la

banda de valencia (1). Las

energías requeridas, atemperatura ambiente, son de

0,7 eV y 0,3 eV para el silicio y el

germanio respectivamente.

Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que

los electrones pueden caer, desde el estado energético

correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la

banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le

denomina recombinación. Sucede que, a una determinada

temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de

recombinación se igualan, de modo que la concentración global

de electrones y huecos permanece invariable. Siendo "n" la

concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la

concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni = n =

p siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, funciónexclusiva de la temperatura y del tipo de elemento.

Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los

semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso

de la corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia depotencial se producen dos corrientes eléctricas.

Por un lado la debida al

movimiento de los electrones

libres de la banda de

conducción, y por otro, la

debida al desplazamiento de

los electrones en la banda de

valencia, que tenderán a

saltar a los huecos próximos

(2), originando una corriente

de huecos con 4 capas

ideales y en la dirección

contraria al campo eléctrico

cuya velocidad y magnitud es

muy inferior a la de la bandade conducción.

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS

Los semiconductores extrínsecos se caracterizan, porque

tienen un pequeño porcentaje de impurezas, respecto a

los intrínsecos; esto es, posee elementos trivalentes o

pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el

elemento está dopado.

Dependiendo de si está dopado de elementos trivalentes,

o pentavalentes, se diferencian dos tipos:

•Semiconductor Extrínseco tipo n

•Semiconductor Extrínseco tipo p

SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO TIPO N

Es el que se ha dopado con elementos pentavalentes ( As, P o Sb).

Al tener éstos elementos 5 electrones en la

última capa, resultará que al formarse, como

antes, la estructura cristalina, el quinto electrónno estará ligado en ningún enlace

covalente, encontrándose, aún sin estar

libre, en un nivel energético superior a los

cuatro restantes.

Si como antes, consideramos el efecto de latemperatura, observaremos que ahora,

además de la formación de pares e-h, se

liberarán también los electrones no enlazados,

ya que la energía necesaria para liberar el

electrón excedente es del orden de la

centésima parte de la correspondiente a los

electrones de los enlaces covalentes (en torno

a 0,01 eV).

Así, en el semiconductor aparecerá una mayor cantidad de

electrones que de huecos; por ello se dice que los electrones son los

portadores mayoritarios de la energía eléctrica y puesto que este

excedente de electrones procede de las impurezas pentavalentes, a

éstas se las llama donadoras.

Aún siendo mayor n que p, la ley de masas se sigue cumpliendo,

dado que aunque aparentemente sólo se aumente el número de

electrones libres, al hacerlo, se incrementa la probabilidad de

recombinación, lo que resulta en un disminución del número de

huecos p, es decir: n > ni = pi > p, tal que: n·p = ni2

Por lo que respecta a la conductividad del material, ésta

aumenta enormemente, así, por ejemplo, introduciendo sólo un

átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, laconductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO TIPO P

Es el que se ha dopado con elementos trivalentes (Al, B, Ga o In).

En este caso, las impurezas aportan una vacante, por lo que selas denomina aceptoras (de electrones, se entiende). Ahora

bien, el espacio vacante no es un hueco como el formado

antes con el salto de un electrón, si no que tiene un nivel

energético ligeramente superior al de la banda de valencia(del orden de 0,01 eV).

En este caso, los electrones saltarán a las vacantes con facilidad

dejando huecos en la banda de valencia en mayor número que

electrones en la banda de conducción, de modo que ahora son los huecos los portadores mayoritarios.

El incremento del número de huecos se ve compensado en

cierta medida por la mayor probabilidad de recombinación, de

modo que la ley de masas también se cumple en este caso: p >pi = ni > n, tal que: n·p = ni

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Electrónicas:

www.ifent.org/lecciones/semiconductor/default.asp