SEMICONDUCTORES

EXTRINSECOS Y

SEMICONDUCTORES

DOPADOS

POR: GLENY CONDORI

CARLOS

¿Qué es un semi conductor?

Un semiconductor es un elemento con

valencia igual a cuatro. El numero de

electrones en la orbita de valencia es

clave para la conductividad eléctrica.

Los conductores poseen un electrón de

valencia, los semiconductores tienen

cuatro electrones de valencia y los

aislantes ocho electrones de valencia.

Características generales de los semi- conductores Para temperaturas muy bajas, tienen una resistencia

comparable con la de los cuerpos aislantes. Para temperaturas relativamente altas tienen una resistencia

comparable a la de los cuerpos semiconductores. También el estado de pureza de un cuerpo semiconductor

influye en su resistencia.

En estado puro tienen una resistencia comparable a las de los materiales aislantes.

Cuando contienen algunas impurezas (distintas para cada cuerpo semiconductor) su resistencia puede llegar a ser como la de un conductor.

Su comportamiento eléctrico depende esencialmente de su estructura atómica.

Una característica fundamental de los semiconductores es de poseer 4 electrones en su orbita.

Los elementos como el silicio (Si) y el germanio (Ge) agrupan sus átomos formando una estructura reticular.

Semiconductores Intrínsecos Los elementos semiconductores por

excelencia son el silicio y el germanio, aunque existen otros elementos como el estaño, y compuestos como el arseniuro de galio que se comportan como tales.

Tomemos como ejemplo el silicio en su modelo bidimensional:

Si un electrón de valencia se convierte en

electrón de conducción deja una posición vacante, y si aplicamos un campo eléctrico al semiconductor, este “hueco” puede ser ocupado por otro electrón de valencia, que deja a su vez otro hueco. Este efecto es el de una carga +e moviéndose en dirección del campo eléctrico. A este proceso le llamamos

„generación térmica de pares electrón-hueco‟.

FLUJO DE ELECTRONES LIBRES La figura de la parte

derecha muestra parte de un cristal de silicio entre placas metálicas cargadas. Supóngase que la energía térmica ha producido un electrón libre y un hueco. El electrón libre se halla en una orbita grande en el extremo derecho del cristal. Debido a la placa cargada negativamente a la siguiente hasta alcanzar la placa positiva

FLUJO DE HUECOS

Obsérvese el hueco a la izquierda de la figura anterior. Este hueco atrae el electrón de valencia al punto A. esto hace que el electrón de valencia se mueva hacia el hueco. Esta acción no es la mima que la recombinación, en la cual un electrón libre cae en un hueco. En vez de un electrón libre, se tiene un electrón de valencia moviéndose hacia un hueco..

Cuando el electrón de valencia en el punto a se mueve hacia la izquierda, crea un nuevo hueco e l punto A. El efecto es el mismo que si el hueco original se desplazara hacia la derecha. El nuevo hueco en el punto a puede atraer y capturar otros electrón de valencia. En esta forma, los electrones de valencia pueden desplazarse a lo largo de la trayectoria indicada por las flechas. Esto quiere decir que el hueco se pueda mover en el sentido opuesto, a lo largo de la trayectoria A—B-C-D-E-F

DOS TIPOS DE FLUJO La siguiente figura muestra un semiconductor intrínseco. Obsérvese que el

mismo numero de electrones libres que de huecos. Esto se debe a que la energía térmica produce los electrones libres y huecos por pares. El voltaje aplicado forzara a los electrones libres a circular hacia la izquierda, y a los huecos hacia la derecha. Cuando los electrones libres llegan al extremo izquierdo del cristal, interna al conductor externo y circulan hacia la terminal positiva de la batería. Por otra parten los electrones libres en la terminal negativa de la batería fluirán hacia el extremo derecho del cristal. En este punto, entran al cristal y se re combinan con los huecos que llegan al extremo derecho del cristal. En esta forma, hay un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del semiconductor.

En la figura los electrones libres y los huecos se mueven en direcciones opuestas. En lo sucesivo visualizaremos la corriente en un semiconductor como el efecto combinado de los dos tipos de flujo: el de los electrones libres en una dirección y el delos huecos en la dirección opuesta. Los electrones libres y los huecos reciben a menudo la denominación común de portadores debido a que transportan la carga de un lugar a otro

SEMICONDUCTORES DOPADOS O EXTRINSECOS

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.

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.

Semiconductores tipo N Si los átomos añadidos tienen cinco

electrones en su última capa el semiconductor se denomina de tipo N, por ser potencialmente más negativo que uno sin dopar. En este tipo de materiales tenemos un quinto electrón que no se recombina con los demás y que, por tanto, está libre y vaga por el elemento produciendo corriente. Para hacerse una idea de las cantidades que entran en juego en esto del dopaje se podría decir que se introduce un átomo extraño por cada doscientos millones de átomos del semiconductor.

Semiconductores tipo P Cuando al dopar introducimos átomos

con tres electrones de valencia en unelemento de átomos con cuatroestamos formando unsemiconductor tipo P, viniendo sunombre del exceso decarga aparentemente positiva (porquelos átomos siguen siendoneutros, debido a que tienen igualnúmero de electrones que deprotones) que tienen estos elementos.Estos átomos "extraños" que hemosañadido se recombinan con el restopero nos queda un hueco libre queproduce atracción sobre los electronesque circulan por nuestro elemento.También se produce una circulación deestos huecos colaborando en lacorriente.

DENSIDAD DE PORTADORES EN

SEMICONDUCTORES EXTRINSECO

En los semiconductores tipo

n, los electrones son los

portadores mayoritarios.

En los semiconductores tipo

p, los huecos son los

portadores mayoritarios.

La ley de acción de masas se

cumple para semiconductores

extrínsecos, en equilibrio

térmico

Cómo circula la corriente en los

semiconductores extrínsecos

Sometiendo a un semiconductor extrínseco a una diferencia de potencial se produce en él una circulación de portadores más importante que en el semiconductor intrínseco, a consecuencia del mayor número de portadores libres.

Si a un semiconductor del tipo N se le aplica una tensión entre sus extremos se produce un gran movimiento de electrones (portadores mayoritarios) hacia el borne

positivo, mientras que los huecos, al existir en tan escaso número, provocarán una debilísima corriente en sentido contrario. Por cada electrón que sale del semiconductor N, atraído hacia el polo positivo de la pila, hay otro que desprende el borne negativo de la pila y lo introduce en la estructura, por lo que esta mantiene siempre la misma concentración de portadores mayoritarios.

También al aplicar una tensión a un semiconductor de tipo P se producen dos corrientes de portadores: una muy importante, de huecos (carga positiva) y otra,

casi despreciable, de electrones (carga negativa).

Así que, resumiendo, diremos que la concentración inicial de portadores mayoritarios y minoritarios se mantiene en la estructura del semiconductor extrínseco al aplicarle una diferencia de potencial, porque la misma cantidad que absorbe un borne de la alimentación lo aporta el otro. Gracias a este fenómeno se construyen los diodos

FUENTES BIBLIOGRAFICAS FUENTES ESCRITAS Principios de electrónica, Albert Paul

Malvino, Editorial sin especificar

FUENTES ELECTRONICAS http://www.uv.es/~candid/docencia/ed_tema-

02.pdf

http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html http://html.rincondelvago.com/quimica-

general.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)