SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y

SEMICONDUCTORES DOPADOS

SEMICONDUCTORES

Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un

conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio,

que es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno. Otros semiconductores son

el germanio y el selenio.

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

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.

La tensión aplicada en la figura forzará a los electrones libres a

circular hacia la derecha (del terminal negativo de la pila al positivo) y

a los huecos hacia la izquierda.

INTRÍNSECOS: Son aquellos materiales que son puros, que no tiene impurezas.

Simulación

En este applet podemos ver mediante una animación en que dirección se mueven los electrones y los huecos en un semiconductor intrínseco.

Cuando los electrones libres llegan la extremo derecho

del cristal, entran al conductor externo (normalmente

un hilo de cobre) y circulan hacia el terminal positivo

de la batería. Por otro lado, los electrones libres en el

terminal negativo de la batería fluirían hacia el

extremos izquierdo del cristal. Así entran en el cristal y

se recombinan con los huecos que llegan al extremo

izquierdo del cristal. Se produce un flujo estable de

electrones libres y huecos dentro del semiconductor.

Son aquellos que contienen impurezas que afectan su carga eléctrica. Para obtenerlos es necesario hacer pasar un material puro, por un proceso de dopado.

Al realizar dicho dopado se pueden obtener dos tipos de material:

Tipo N: cuando dopamos el cristal puro de silicio con un

pequeñísimo porcentaje de Fosforo (quedando así un

material extrínseco de carga negativa). Es portador

mayoritario de electrones y minoritario de “huecos”.

Tipo P: cuando dopamos el cristal puro de silicio con un

pequeñísimo porcentaje de Boro (quedando así un material

extrínseco de carga positiva).Es portador mayoritario de

“huecos” y minoritario de electrones.

Semiconductor tipo n

Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que son impurezas pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben el nombre de "portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios".Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito externo entra al semiconductor y se recombina con el hueco.

Los electrones libres de la figura circulan hacia el extremo

izquierdo del cristal, donde entran al conductor y fluyen hacia el

positivo de la batería.

Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que son impurezas trivalentes. Como el número de huecos supera el número de electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios.Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo.

Semiconductor tipo p

En el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios. Los

electrones libres dentro del semiconductor circulan de derecha a

izquierda. Como hay muy pocos portadores minoritarios, su efecto es

casi despreciable en este circuito.

DIODO SEMICONDUCTOR:Construido con dos placas de cristal semiconductor, una de cristal tipo N y la otra de tipo P.

· Polarización nula:Es aquella en la que no hay una corriente o voltaje aplicados (sin polarizar).

•· Polarización inversa: Es aquella en la que se conecta parte negativa de la fuente, con el lado N del diodo, y de la misma forma la parte P del diodo a la entrada positiva de la fuente.En este caso no hay flujo de corriente.

•· Polarización directa: En este caso se conectan la parte N con el polo positivo de la fuente, y la parte P con la parte negativa de la fuente. En este caso hay una corriente a través del circuito.

SEMICONDUCTORES DOPADOS

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 NSe llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos.

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.

Dopaje de tipo N

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 ha desbalanceado la neutralidad

eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor es neutro,

pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los átomos que

conforman la estructura original, por lo que la energía necesaria

para separarlo del átomo será menor que la necesitada para romper

una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original).

Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los

primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los

minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función

directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

Tipo P:

Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten

la formación de huecos sin que aparezcan electrones asociados 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 el Aluminio, el Indio o el Galio.

Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará

la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres

electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota,

que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos, generando

finalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán

los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual

que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será

función directa de la cantidad de átomos 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 electrón y, por tanto, es donado un hueco de electrón.

Dopaje de tipo P