Conductores,Aislantes y Simiconductores

7/22/2019 Conductores,Aislantes y Simiconductores

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Conductores, Aislantes y Semiconductores.

Para facilitar la comprensin de este punto, el de los aislantes, conductores y semiconductores,vamos a describir la Energa de Fermi, y nos ayudaremos de un diagrama de bandas de energa.

La Energa de Fermi es la energa del nivel ms alto ocupado por un sistema cuntico a

temperatura cero.

Un conductor debe tener cargas libres, para que estas al moverse, generen una corriente elctrica,

estas cargas libres son los conductores, y en que en un material sea mejor o peor conductor,

tambin influye la temperatura, pues a una alta temperatura se le da ms energa al material, y esto

energa permite que ya haya ms cargas libres ocupando ms estados.

Diagrama de Estados de Energa:

Metales:

Un conductor se caracteriza porque no existe la banda prohibida entre la banda de conduccin y la banda

de valencia. Estas dos bandas son contiguas o se superponen. Por este motivo los electrones requieren poca

energa para pasar de Bv a Bc, Al aplicar un campo elctrico o aumentar la temperatura del conductor los

electrones adquieren la suficiente energa para pasar a la banda de conduccin. Se deduce que el nivel deFermi est en la banda de conduccin.

Por otro lado, un aumente de la temperatura para facilitar el salto de los electrones y, por tanto, aumentar

la conductividad, tambin produce un incremente en la agitacin trmica de tomos y electrones

aumentando los choques entre stos, y, por tanto, aumentando la resistividad del material.

En general un buen conductor se caracteriza por poseer una densidad alta de portadores de carga y

muchos niveles ocupados en la banda de conduccin.

Aisladores o dielctricos:


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Se caracterizan porque a 0 K tienen la banda de valencia completamente llena mientras que la de

conduccin est vaca y, adems, la banda prohibida tiene un ancho de aproximadamente, 10 eV. A

temperatura ambiente, la energa extra de origen trmico que poseen los electrones de valencia es del

orden de 0,03 eV, por lo que no tiene la energa suficiente para saltar a la banda de conduccin. Como

resultad, se concluye que existen pocos electrones excitados ocupando los niveles de Bc. La energa de

Fermi se encuentra en medio de la banda prohibida. Un aislador se caracteriza por una densidad casi nulade portadores de carga y una banda de conduccin vaca.

Semiconductores:

Estn caracterizados por una banda prohibida, Bg, muy estrecha, del orden de 1 eV. A una temperatura

de 0 K, todos los electrones que ocupan los niveles ms altos de energa, se encuentran en la banda de

valencia. Por tanto, a 0 K la banda de valencia est llena y la banda de conduccin est vaca. Como una

banda llena no contribuye al mecanismo de conduccin (y una vaca tampoco), los semiconductores se

comportan como un aislante en el cero absoluto.

Al aumentar la temperatura, los electrones adquieren energa trmica y ayudados por la energa quepuede proporcionarles un campo elctrico, adquieren la siguiente energa para saltar a la banda de

conduccin y aumentar la densidad d portadores de carga. Se deduce que la energa de Fermi se encuentra

en medio de la banda prohibida. Adems, la conductividad en los semiconductores depende en gran

medida de la temperatura y aumenta rpidamente con T (Al revs que en los metales donde un aumento

de la temperatura resulta un aumento de la resistividad.)

En resumen, un semiconductor se caracteriza por una densidad intermedia de portadores de carga yuna banda prohibida estrecha. La conductividad del semiconductor aumenta si se le proporciona lasuficiente energa por cualquier mtodo, de tal forma que los electrones de la banda de valenciasalten a la banda de conduccin.

Fsica del estado slido

La fsica del estado slido, es la rama de lafsica de la materia condensadaque trata sobre el

estudio de losslidos,es decir, lamateriargida o semirgida. Estudia las propiedades fsicas de los

materiales slidos utilizando disciplinas tales como lamecnica cuntica,lacristalografa,

elelectromagnetismoy lametalurgia fsica.Forma la base terica de laciencia de materialesy su

desarrollo ha sido fundamental en el campo de las aplicaciones tecnolgicas de microelectrnica al

posibilitar el desarrollo detransistoresy materialessemiconductores.*

La mayor parte de la investigacin en la teora de la fsica de estado slido se centra en loscristales,

en gran parte porque la periodicidad de lostomosen un cristal, su caracterstica definitoria, facilita

el modelado matemtico, y tambin porque los materiales cristalinos tienen a menudo

caractersticaselctricas,magnticas,pticas,omecnicasque pueden ser explotadas para los

propsitos de laingeniera.

El marco de la mayora de la teora en la fsica de estado slido es la anlisis es elteorema de

Bloch,que caracteriza lasfunciones de ondadeelectronesen unpotencialperidico. Puesto que el
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teorema de Bloch se aplica solamente a los potenciales peridicos, y puesto que los incesantes

movimientos al azar de los tomos en un cristal interrumpen la periodicidad, este uso del teorema de

Bloch es solamente una aproximacin, pero ha demostrado ser una aproximacin enormemente

valiosa, sin la cual la mayora del anlisis de la fsica de estado slido seran insuperables. Las

desviaciones de la periodicidad son tratadas por lateora de perturbacionesde la mecnica

cuntica.

Cuerpos solidos

Los cuerposslidosestn formados por tomos densamente empaquetados con intensas fuerzas

de interaccin entre ellos. Los efectos de interaccin son responsables de las propiedades

mecnicas, trmicas, elctricas, magnticas y pticas de los slidos.

Una caracterstica importante de la mayora de los slidos es suestructura cristalina.Los tomos

estn distribuidos en posiciones regulares que se repiten regularmente de manera geomtrica. La

distribucin especfica de los tomos puede deberse a una variada gama de fuerzas. Por ejemplo,

algunos slidos como elcloruro de sodioo sal comn se mantienen unidos porenlaces

inicosdebidos a lainteraccin electrostticaentre los iones que componen el material. En otros,

como eldiamante,los tomos comparten electrones, lo que da lugar a los llamadosenlaces

covalentes.

Las sustancias inertes, como elnen,no presentan ninguno de esos enlaces. Su existencia es el

resultado de unas fuerzas de atraccin conocidas comofuerzas de Van der Waals,as llamadas en

honor al fsico holandsJohannes Diderik van der Waals.Estas fuerzas aparecen entre tomos

neutros o molculas como resultado de lapolarizacinelctrica. Losmetales,se mantienen unidos

por lo que se conoce comogas electrnico,formado por electrones libres de la capa atmica

externa compartidos por todos los tomos del metal y que definen la mayora de sus propiedades.

tambin presenta caractersticas del estado slido tales como:

Estructura Cristalina[editareditar cdigo]

La Fsica del estado slido constituye una parte importante de la Fsica Cuntica.Con su ayuda

podemos comprender las propiedades mecnicas, trmicas, elctrico-magnticas y pticas propias

de losslidos.

La existencia de la materia en un estado u otro depende de las condiciones

depresinytemperaturaen las que se formaron. De la misma forma, estos parmetros condicionan

la formacin de la estructura interna del slido.

Cada elemento tiene sus propias curvas de cambio de fase, de manera que dependiendo del

elemento se necesitarn unas condiciones u otras para la formacin del slido o para realizar
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cualquier otrocambio de fase.Dependiendo del alcance del orden espacial de la estructura interna

en la materia y su distribucin en la misma podemos distinguir entre:

Monocristal: Presenta una fuerte interaccin entre sus componentes los cuales describen una

mnima oscilacin con poca energa potencial. Las partculas estn dispuestas de acuerdo a un

orden en el espacio que est determinado de acuerdo con una red estructural formada por

la "recreacin"geomtrica de laceldilla unidaden toda la estructura del slido. Presentan lo que

se conoce comoAnisotropa.

Policristal: Est compuesto por diversas regiones en las que individualmente se recrea un

monocristal aunque las disposiciones de cada una de estas regiones no son simtricas entre s.

Presenta lo que se llama Isotropa estadstica.

Amorfos: No presentan una estructura o distribucin en el espacio, lo cual los determina como

una estructura espacial tridimensional no definida. No se trata de una estructura cristalina.

Formas y propiedades del cristal.

En rigor, esta clasificacin slo es aplicable a sustancias puras.

En un modelo de slido en el que los tomos estn conectados entre s mediante una especie

de "muelles"(los cuales representaran la energa potencial que los une), la energa interna del

slido se compone de energa potencial elstica y energa cintica de sustomos.La presin es una

medida del grado de compresin de sus tomos y la temperatura una medida de la energa cintica

interna del conjunto de los mismos. Esto nos permite determinar que de acuerdo con las
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caractersticas externas del medio en que se encuentre, permitirn al elemento en cuestin poder

adoptar un estado u otro e incluso formar o no una estructura cristalina.

Sin embargo la formacin de una estructura cristalina no es un proceso fijo en un mismoelemento,

ya que incluso tratndose as las condiciones de formacin del slido podran determinar dosestructuras cristalinas diferentes para un mismo elemento, la cul otorga las propiedades tanto

fsicas y elctricas como pticas al nuevo slido formado. Por ejemplo, el carbono puede cristalizar

engrafitoen determinadas condiciones y en otras cristaliza en el diamante, sin duda las

caractersticas de uno frente a otro difieren bastante para tratarse en ambos casos de carbono

cristalizado.

Este proceso no slo es dependiente de la presin y la temperatura en s mismos, sino tambin del

tiempo aplicado en cada uno de dichos factores. De esta forma se sabe que la formacin de

cristales requiere un calentamiento del material a alta temperatura, aproximadamente 200 C, lo quese conoce como temperatura de cristalizacin, a partir de la cual el elemento se funde para

posteriormente, despus de un tiempo lo suficientemente largo, cristalice. Al aadir temperatura al

material, realmente le estamos damos energa, permitiendo que las partculas que lo componen

oscilen a mayor velocidad con una mayor energa trmica, logrando que se funda(cambie al estado

lquido). Luego mediante un enfriamiento lento conseguimos dar tiempo a las partculas que, de

forma natural, tienden a retomar una forma geomtrica y ordenada en la red interna consiguiendo

as que se forme un cristal.

De igual forma, si repetimos el proceso pero aplicando un tiempo de enfriamiento demasiado corto

impedimos que las partculas pueda "re-colocarse" en una red cristalina homognea haciendo as

que la solidificacin de lugar a un amorfo.

El policristal es el caso ms tpico de los que puedan encontrarse en la naturaleza, ya que un

monocristal es un caso que rara vez se da. Un cristal posee diferentes zonas que no pueden

homogeneizarse entre si, pero se puede hacer que sean como monocristales individuales en cada

una de sus regiones.

Siguiendo el ejemplo del carbono, la cualidad de que un mismo elemento pueda cristalizar en

diferentes formas nos lleva al hecho de que es la red cristalina que forman la que determina sus

propiedades. En la naturaleza existen 14 tipos de redes cristalinas (otras ms complejas son

combinaciones de estas ms simples) que son conocidas comoRedes de Bravais.

Estas redes son organizaciones geomtricas tridimensionales en el espacio caractersticas de las

partculas del slido. As pueden estudiarse las distribuciones en la red de los elementos.

Por ejemplo: El fsforo(P) cristaliza en una estructura cbica, el hierro (Fe) en una bcc ("Body

Center Cubic") y la plata (Ag) en una fcc ("Face Center Cubic"). Otros cristalizan en redes

compuestas como por ejemplo los elementos del grupo IV(C, Si, Ge...) o del III de la tabla
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peridicaque lo hacen en una estructura de tipo diamante, que es la combinacin de dos redes

fcc con una distancia interatmica de 1/4 de la diagonal.

Representacin de una celdilla en la disposicin geomtrica de sus partculas.

Segn cada una de estas distribuciones, cada una de las partculas situadas en los nodos de la

estructura, contribuye en una parte a la formacin del nmero de tomos contenido en su interior. Se

trata del nmero de partculas porceldilla elementalque puede obtenerse como:

Siendo "nv" el nmero de partculas en los vrtices, "ni" en el interior y "nf" en las caras

deltetraedro.

Debido a que muchos de los compuestos elementales presentan simetra esfrica podemos

visualizarlas considerando stas comoempaquetamientos espaciales de esferas rgidas. Partiendo

de esta idea, podemos determinar la llamadaFraccin de Empaquetamientoque nos proporciona

una medida de lo "llena" que est la estructura reticular:

Para observar la estructura interna que posee un cristal generalmente puede determinarse a partir

del anlisis de la difraccin ondulatoria producida cuando los fotones inciden en el cristal.

Gracias a estas observaciones W.L.Bragg propuso la conocida Ley de Bragg, que permite ver

superficialmente la posicin de los planos que forman los tomos.. Ley de Bragg:

Estas mismas propiedades pertenecientes a los slidos cristalinos y el fundamento de los cambios

de fase es el utilizado en el proceso de grabacin deCD-RWyDVD-RWmediante cambios en la

estructura cristalina, haciendo zonas amorfas o policristalinas, segn los datos (bits) que se deseangrabar. Otras propiedades y teoras estn relacionadas con la fsica de los cristales como lasbandas
http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Celdilla_elemental&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Celdilla_elemental&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Celdilla_elemental&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fracci%C3%B3n_de_Empaquetamiento&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fracci%C3%B3n_de_Empaquetamiento&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fracci%C3%B3n_de_Empaquetamiento&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Bragghttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Bragghttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Bragghttp://es.wikipedia.org/wiki/CD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/CD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/CD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/DVD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/DVD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/DVD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Celdi1.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celdi1.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Celdi1.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celdi1.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Celdi1.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celdi1.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Celdi1.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celdi1.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Celdi1.PNGhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celdi1.PNGhttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/wiki/DVD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/CD-RWhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Bragghttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fracci%C3%B3n_de_Empaquetamiento&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Celdilla_elemental&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos


7/17

de energaso los modelos que explican las propiedades elctricas deconductores

metlicosysemiconductores.

Vase tambin:Teora de bandas

Modelo de bandas energticas[editareditar cdigo]

El comportamiento de loselectronesest regido por las leyes de lamecnica cuntica,por lo tanto:

Los electrones no pueden tener cualquier nivel de energa: los estados de energa estn

cuantificados. A un conjunto de niveles de energa muy cerca entre s se lo denomina banda de

energay se la considera continua.

No todas las bandas se ocupan uniformemente, sino que algunas tienen ms probabilidades de

ser ocupadas que otras, incluso hay bandas totalmente desocupadas, o sea que la probabilidad

de que un electrn tenga ese nivel de energa es nula o muy cercana a cero.

Vase tambin:Modelo de Kronig-Penney

Modelo simple[editareditar cdigo]

Poner un nombre ms adecuado y hacer el artculo correspondiente. Modelo de los enlaces covalentes?

Elmodelo de Drudepermita explicar el comportamiento como conductor de algunos slidos

basndose en la aplicacin de la teora cintica a los electrones en un slido. Sin embargo este

modelo era insuficiente a la hora de explicar el comportamiento de otros materiales que hoy da se

conocen como semiconductores. En respuesta al modelo de Drude surgi el modelo de bandas

energticas, el cual basndose en las distribuciones de los electrones en sus orbitales a modo de

regiones discretas, puede explicar el comportamiento de la conductividaden los materiales.

Usualmente, se presenta este esquema basado en elmodelo atmico de Bohry elprincipio de

exclusin de Pauli.

Supngase una red cristalina formada por tomos desilicio.Cuando los tomos estn aislados,

elorbital s(2 estados con dos electrones) y elorbital p(6 estados con 2 electrones y cuatro

vacantes) tendrn una cierta energa Esy Eprespectivamente (punto A). A medida que disminuye la

distancia interatmica comienza a observarse la interaccin mutua entre los tomos, hasta que

ambos orbitales llegan a formar, por la distorsin creada, un sistema electrnico nico. En este

momento se tienen 8 orbitales hbridos sp con cuatro electrones y cuatro vacantes (punto B).

Si se contina disminuyendo la distancia interatmica hasta la configuracin del cristal, comienzan a

interferir los electrones de las capas internas de los tomos, formndose bandas de energa (punto

Z). Las tres bandas de valores que se pueden distinguir son:
http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores_met%C3%A1licos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores_met%C3%A1licos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores_met%C3%A1licos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores_met%C3%A1licos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Kronig-Penneyhttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Kronig-Penneyhttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Kronig-Penneyhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Drudehttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Drudehttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Drudehttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Bohrhttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Bohrhttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Bohrhttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Paulihttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Paulihttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Paulihttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Paulihttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Orbital_de_carga_el%C3%A9ctrica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Orbital_de_carga_el%C3%A9ctrica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Orbital_de_carga_el%C3%A9ctrica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_at%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_at%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_at%C3%B3micohttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stock_post_message.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_at%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Orbital_de_carga_el%C3%A9ctrica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Paulihttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusi%C3%B3n_de_Paulihttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Bohrhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Drudehttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Kronig-Penneyhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandashttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductoreshttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores_met%C3%A1licos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores_met%C3%A1licos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandas


8/17

1. Banda de valencia.4 estados, con 4 electrones.

2. Banda prohibida.No puede haber electrones con esos valores de energa en el cristal.

3. Banda de conduccin.4 estados, sin electrones.

Distribucin probabilstica de los electrones en las

bandas[editareditar cdigo]

Los electrones no se distribuyen uniformemente en las diferentes bandas, sino que algunas son ms

probables a ser ocupadas que otras. La probabilidad de ocupacin de las bandas est dada porlaestadstica de Fermi-Dirac,y el parmetro ms importante es laenerga de Fermi.

Conductividad elctrica[editareditar cdigo]

La conduccin elctrica en un slido se presenta cuando el mismo tiene parcialmente llena su banda

de conduccin. Tambin hay conduccin elctrica cuando la banda de conduccin est vaca y

adems sta se traslapa con la banda de valencia.

Semiconductor

Semiconductores un elemento que se comporta como unconductoro como

unaislantedependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo elctrico o magntico, la

presin, la radiacin que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los

elementos qumicos semiconductores de latabla peridicase indican en la tabla adjunta.
http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_prohibidahttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_prohibidahttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=5http://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADstica_de_Fermi-Dirachttp://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADstica_de_Fermi-Dirachttp://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADstica_de_Fermi-Dirachttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_Fermihttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_Fermihttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_Fermihttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=6http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=6http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=6http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=6http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=6http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=6http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bandas_de_energ%C3%ADa_en_cristales.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=6http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=6http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_Fermihttp://es.wikipedia.org/wiki/Estad%C3%ADstica_de_Fermi-Dirachttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&action=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=F%C3%ADsica_del_estado_s%C3%B3lido&veaction=edit&section=5http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_prohibidahttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valencia


9/17

Elemento GruposElectrones en

la ltima capa

Cd 12 2 e-

Al,Ga,B,In 13 3 e-

Si,C,Ge 14 4 e-

P,As,Sb 15 5 e-

Se,Te,(S) 16 6 e-

El elemento semiconductor ms usado es elsilicio,el segundo elgermanio,aunque idntico

comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los

grupos 16 y 15 respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha

comenzado a emplear tambin elazufre.La caracterstica comn a todos ellos es que son

tetravalentes, teniendo el silicio unaconfiguracin electrnicasp.

Tipos de semiconductores[editareditar cdigo]

Semiconductores intrnsecos[editareditar cdigo]

Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetradricasimilar a la

delcarbonomedianteenlaces covalentesentre sus tomos, en la figura representados en el plano

por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden

absorber la energa necesaria para saltar a labanda de conduccindejando el
http://es.wikipedia.org/wiki/Cadmiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cadmiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Indio_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Indio_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Indio_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Antimoniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Antimoniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Antimoniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Seleniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Seleniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Telurohttp://es.wikipedia.org/wiki/Telurohttp://es.wikipedia.org/wiki/Telurohttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=2http://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor_intrinseco.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=1http://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Telurohttp://es.wikipedia.org/wiki/Seleniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Antimoniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Indio_(elemento)http://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cadmio


10/17

correspondientehuecoen labanda de valencia(1). Las energas requeridas, a temperatura

ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Obviamente el proceso inverso tambin se produce, de modo que los electrones pueden caer,

desde el estado energtico correspondiente a la banda de conduccin, a un hueco en la banda devalencia liberando energa. A este fenmeno se le denomina recombinacin. Sucede que, a una

determinada temperatura, las velocidades de creacin de pares e-h, y de recombinacin se igualan,

de modo que la concentracin global de electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la

concentracin de electrones (cargas negativas) y "p" la concentracin de huecos (cargas positivas),

se cumple que:

ni= n = p

siendo nila concentracin intrnsecadel semiconductor, funcin exclusiva de la temperatura y

del tipo de elemento.

Ejemplos de valores de nia temperatura ambiente (27 C):

ni(Si) = 1.5 1010

cm-3

ni(Ge) = 1.73 1013

cm-3

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

semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente

elctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos

corrientes elctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de labanda de conduccin, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la

banda de valencia, que tendern a saltara los huecos prximos (2), originando

una corriente de huecoscon 4 capas ideales y en la direccin contraria al campo

elctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conduccin.

Semiconductores extrnsecos[editareditar cdigo]

Si a un semiconductor intrnseco, como el anterior, se le aade un pequeo porcentaje

de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se

denomina extrnseco, y se dice que estdopado.Evidentemente, las impurezas

debern formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente tomo

de silicio. Hoy en da se han logrado aadir impurezas de una parte por cada 10

millones, logrando con ello una modificacin del material.

Semicon ductor t ipo N[editareditar cdigo]

Un Semiconductor tipo Nse obtiene llevando a cabo un proceso

dedopadoaadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar

el nmero deportadores de cargalibres (en este caso negativos o electrones).
http://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/wiki/Portador_de_cargahttp://es.wikipedia.org/wiki/Portador_de_cargahttp://es.wikipedia.org/wiki/Portador_de_cargahttp://es.wikipedia.org/wiki/Portador_de_cargahttp://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Semiconductor&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3n


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Cuando se aade el material dopante, aporta sus electrones ms dbilmente

vinculados a los tomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es tambin

conocido como material donante, ya que da algunos de sus electrones.

El propsito deldopaje tipo nes el de producir abundancia de electrones portadoresen el material. Para ayudar a entender cmo se produce eldopajetipo n considrese

el caso delsilicio(Si). Los tomos del silicio tienen unavalencia atmicade cuatro, por

lo que se forma unenlace covalentecon cada uno de los tomos de silicio adyacentes.

Si un tomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla

peridica (ej.fsforo(P),arsnico(As) oantimonio(Sb)), se incorpora a la red

cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entonces ese tomo tendr cuatro enlaces

covalentes y un electrn no enlazado. Este electrn extra da como resultado la

formacin de "electrones libres", el nmero de electrones en el material supera

ampliamente el nmero de huecos, en ese caso los electrones son los portadores

mayoritariosy los huecos son losportadores minoritarios.A causa de que los tomos

con cinco electrones de valencia tienen un electrn extra que "dar", son llamados

tomos donadores. Ntese que cada electrn libre en el semiconductor nunca est

lejos de un ion dopante positivo inmvil, y el materialdopadotipo N generalmente tiene

unacarga elctricaneta final de cero.

Semicon ductor t ipo P[editareditar cdigo]

Un Semiconductor tipo Pse obtiene llevando a cabo un proceso dedopado,aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor para poder aumentar el nmero

de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).

Cuando se aade el material dopante libera los electrones ms dbilmente vinculados

de los tomos del semiconductor. Este agente dopante es tambin conocido

como material aceptory los tomos del semiconductor que han perdido un electrn

son conocidos comohuecos.

El propsito deldopajetipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del

silicio, un tomo tetravalente (tpicamente del grupo 14 de la tabla peridica) se le une

un tomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla

peridica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de

silicio, entonces ese tomo tendr tres enlaces covalentes y un hueco producido que

se encontrar en condicin de aceptar un electrn libre.

As los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha

desplazado por la red, un protn del tomo situado en la posicin del hueco se ve

"expuesto" y en breve se ve equilibrado como una cierta carga positiva. Cuando un

nmero suficiente de aceptores son aadidos, los huecos superan ampliamente la
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excitacin trmica de los electrones. As, los huecos son los portadores mayoritarios,

mientras que los electrones son losportadores minoritariosen los materiales tipo P.

Losdiamantesazules (tipo IIb), que contienen impurezas deboro(B), son un ejemplo

de un semiconductor tipo P que se produce de manera natura

Dopaje (semiconductores)Para otros usos de este trmino, vaseDopaje (desambiguacin).

En la produccin desemiconductores,se denomina dopajeal proceso intencional de agregar

impurezas en un semiconductor extremadamente puro (tambin referido como intrnseco) con el fin

de cambiar sus propiedades elctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de

semiconductores a dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce

como extrnsecos. Un semiconductor altamente dopado, que acta ms como unconductorque

como un semiconductor, es llamado degenerado.

El nmero de tomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades

conductoras de un semiconductor es muy pequea. Cuando se agregan un pequeo nmero de

tomos dopantes (en el orden de 1 cada 100.000.000 de tomos) entonces se dice que el dopaje es

bajo o ligero. Cuando se agregan muchos ms tomos (en el orden de 1 cada 10.000 tomos)

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.

Semiconductores deGrupo IV[editareditar cdigo]

Para los semiconductores delGrupo IVcomoSilicio,GermanioyCarburo de silicio,los dopantes

ms comunes son elementos delGrupo IIIo delGrupo V.Boro,Arsnico,Fsforo,y

ocasionalmenteGalio,son utilizados para dopar alSilicio.

Tipos de materiales dopantes[editareditar cdigo]

Tipo N[editareditar cdigo]

Se llama material tipo N al que posee tomos de impurezas que permiten la aparicin

deelectronessin huecos asociados a los mismos. Los tomos de este tipo se llaman donantesya

que "donan" o entregan electrones. Suelen ser devalenciacinco, como elArsnicoy elFsforo.De

esta forma, no se ha desbalanceado la neutralidad elctrica, ya que el tomo introducido al

semiconductor es neutro, pero posee un electrn no ligado, a diferencia de los tomos que

conforman la estructura original, por lo que la energa necesaria para separarlo del tomo ser

menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal desilicio(o del semiconductor
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%C3%B3sforohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Valencia_at%C3%B3micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopaje_(semiconductores)&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopaje_(semiconductores)&veaction=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopaje_(semiconductores)&action=edit&section=3http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopaje_(semiconductores)&veaction=edit&section=3http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Galiohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos#Gruposhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos#Gruposhttp://es.wikipedia.org/wiki/Carburo_de_siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos#Gruposhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopaje_(semiconductores)&action=edit&section=2http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dopaje_(semiconductores)&veaction=edit&section=2http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos#Gruposhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(desambiguaci%C3%B3n)http://es.wikipedia.org/wiki/Borohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diamantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Portadores_minoritarioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Portadores_mayoritarios


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original). Finalmente, existirn ms electrones que huecos, por lo que los primeros sern los

portadores mayoritarios y los ltimos los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios ser

funcin directa de la cantidad de tomos de impurezas introducidos.

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fsforo (dopaje N). En el caso del Fsforo, sedona un electrn.

Dopaje de tipo N

Tipo P[editareditar cdigo]

Se llama as al material que tiene tomos de impurezas que permiten la formacin de huecos sin

que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los

tomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrn. Suelen ser

devalenciatres, como elAluminio,elIndioo elGalio.Nuevamente, el tomo introducido es neutro,

por lo que no modificar la neutralidad elctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres

electrones en su ltima capa devalencia,aparecer una ligadura rota, que tender a tomar

electrones de los tomos prximos, generando finalmente ms huecos que electrones, por lo que los

primeros sern los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual que en el

material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios ser funcin directa de la cantidad de tomos

de impurezas introducidos.

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el caso del boro le falta un

electrn y, por tanto, es donado unhueco de electrn.
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Dopaje de tipo P

Hueco de electrnUn hueco de electrn, o simplemente hueco,

1es la ausencia de unelectrnen labanda de

valencia(ver tambinvalencia). Tal banda de valencia estara normalmente completa sin el "hueco".

Una banda de valencia completa(o casi completa) es caracterstica de losaislantesy de

lossemiconductores.La nocin de "hueco" en este caso es esencialmente un modo sencillo y til

para analizar el movimiento de un gran nmero de electrones, considerando ex profeso a esta

ausencia o hueco de electrones como si fuera unapartcula elementalo -ms exactamente-

unacuasipartcula.

Considerado lo anterior, el hueco de electrnes, junto al electrn, entendido como uno de

losportadores de cargaque contribuyen al paso de corrienteelctricaen lossemiconductores.

El hueco de electrntiene valores absolutos de la mismacargaque el electrn pero, contrariamente

al electrn, su carga es positiva.

Aunque bien corresponde el recalcar que los huecosnoson partculas como s lo es -por ejemplo- el

electrn, sino la faltade un electrn en un semiconductor; a cada falta de un electrn -entonces-

resulta asociada una complementaria carga de signo positivo (+).
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15/17

Por ejemplo cuando uncristaltetravalente (es decir de 4 valencias) como el muy

conocidosilicioesdopadocon tomos especficos que, como elboro,poseen slo tres electrones

en estado devalencia atmica,uno de los cuatroenlacesdel silicio queda libre. Es entonces que los

electrones adyacentes pueden con cierta facilidad desplazarse y ocupar el lugar que ha quedado

libre en el enlace; este fenmeno es llamado entonces hueco.

Para un observador externo lo antedicho ser percibido como el "desplazamiento de una carga

positiva", sin embargo lo real es que se trata del desplazamiento de electrones en sentido opuesto al

ms frecuente.

La descripcin figurada de un hueco de electrncomo si se tratara de una partcula equiparable al

electrn aunque con carga elctrica positivaes en todo caso didcticamente bastante til al permitir

describir el comportamiento de estos fenmenos.

Otra caracterstica peculiar de los huecos de electrnes que su movilidad resulta ser menor que la

de los electrones propiamente dichos; por ejemplo la relacin entre la movilidad de los electrones y

la de los huecos(de electrones) tiene un valor aproximado de 2,5-3.

Unin PN

Se denomina unin PNa la estructura fundamental de loscomponentes electrnicoscomnmente

denominados semiconductores, principalmentediodosytransistoresBJT. Est formada por la unin

metalrgica de doscristales,generalmente deSilicio(Si), aunque tambin se fabrican

deGermanio(Ge), de naturalezas P y N segn su composicin a nivel atmico. Estos tipos de cristal

se obtienen aldoparcristales de metal puro intencionadamente con impurezas, normalmente con

algn otro metal o compuesto qumico.

Polarizacin directa de la unin P - N[editareditar cdigo]
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16/17

En este caso, labateradisminuye labarrera de potencialde la zona de carga espacial,

permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo

polarizado directamente conduce la electricidad.

Se produce cuando se conecta el polo positivo de la pila a la parte P de la unin P - N y la

negativa a la N. En estas condiciones podemos observar que:

Elpolo negativode la batera repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos

electrones se dirigen hacia la unin p-n.

Elpolo positivode la batera atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es

equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unin p-n.

Cuando ladiferencia de potencialentre los bornes de la batera es mayor que la diferencia

de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la

energa suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han

desplazado hacia la unin p-n.

Una vez que unelectrn librede la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga

espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la zona p convirtindose en electrn de

valencia. Una vez ocurrido esto el electrn es atrado por el polo positivo de la batera y se

desplaza de tomo en tomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en

el hilo conductor y llega hasta la batera.

De este modo, con la batera cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de

valencia de la zona p, aparece a travs del diodo una corriente elctrica constante hasta el

final.

Polarizacin inversa de la unin P - N[editareditar cdigo]

En este caso, el polo negativo de la batera se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona

n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensin en dicha zona hasta que se

alcanza el valor de la tensin de la batera, tal y como se explica a continuacin:

El polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del

cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a labatera. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los tomos pentavalentes
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17/17

que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrn en el orbital de conduccin,

adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, versemiconductorytomo)y

una carga elctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.

El polo negativo de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la zona p.

Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez

que han formado los enlaces covalentes con los tomos de silicio, tienen solamente 7

electrones de valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco. El caso es que

cuando los electrones libres cedidos por la batera entran en la zona p, caen dentro de

estos huecos con lo que los tomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su

orbital de valencia) y una carga elctrica neta de -1, convirtindose as en iones negativos.

Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el

mismopotencial elctricoque la batera.

En esta situacin, el diodo no debera conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la

temperatura se formarn pares electrn-hueco (versemiconductor)a ambos lados de la unin

produciendo una pequea corriente (del orden de 1 A)denominada corriente inversa de

saturacin. Adems, existe tambin una denominada corriente superficial de fugasla cual,

como su propio nombre indica, conduce una pequea corriente por la superficie del diodo; ya

que en la superficie, los tomos de silicio no estn rodeados de suficientes tomos para

realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los

tomos de la superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital

de valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a travs de ellos. No obstante, al

igual que la corriente inversa de saturacin, la corriente superficial de fugas es despreciable.
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Conductores,Aislantes y Simiconductores

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