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Semiconductores Intrínsecos y Dopados

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Reseña acerca de Semiconductores Intrínsecos y Dopados

Reseña acerca de Semiconductores Intrínsecos y Dopados

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  • 1. Elaborado por Javier Ruiz G.
  • 2. Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra enestado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos deotro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecosque dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la bandaprohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentranpresentes en la banda de conducción.Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elementosemiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompeny varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan dela atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos. http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm
  • 3. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allífuncionan como “electrones de conducción”, pudiéndose desplazarlibremente de un átomo a otro dentro de la propia estructuracristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con elpaso de una corriente eléctrica. http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm
  • 4. Es un cristal de silicio o Germanio que forma unaestructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlacescovalentes entre sus átomos, en la figura representados en elplano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra atemperatura ambiente algunos electrones pueden absorber laenergía necesaria para saltar a la banda de conducción dejandoel correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Lasenergías requeridas, a temperatura ambiente, son de 0,7 eV y 0,3eV para el silicio y el germanio respectivamente.Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo quelos electrones pueden caer, desde el estado energéticocorrespondiente a la banda de conducción, a un hueco en labanda de valencia liberando energía. A este fenómeno se ledenomina recombinación. Sucede que, a una determinadatemperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y derecombinación se igualan, de modo que la concentración globalde electrones y huecos permanece invariable. Siendo "n" laconcentración de electrones (cargas negativas) y "p" laconcentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni =n=p http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductores_intr.C3.ADnsecos
  • 5. Siendo ni la concentración intrínseca delsemiconductor, función exclusiva de la temperatura ydel tipo de elemento. Los electrones y los huecosreciben el nombre de portadores. En lossemiconductores, ambos tipos de portadorescontribuyen al paso de la corriente eléctrica. Si sesomete el cristal a una diferencia de potencial seproducen dos corrientes eléctricas. Por un lado ladebida al movimiento de los electrones libres de labanda de conducción, y por otro, la debida aldesplazamiento de los electrones en la banda devalencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos(2), originando una corriente de huecos con 4 capasideales y en la dirección contraria al campo eléctricocuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de labanda de conducción. http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductores_intr.C3.ADnsecos
  • 6. En la producción de semiconductores, se denomina dopaje alproceso intencional de agregar impurezas en un semiconductorextremadamente puro (también referido como intrínseco) con elfin de cambiar sus propiedades eléctricas.Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductoresa dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros ymoderados se los conoce como extrínsecos.Un semiconductor altamente dopado que actúa más comoun conductor que como un semiconductor esllamado degenerado. http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
  • 7. El número de átomos dopantes necesitados paracrear una diferencia en las capacidades conductorasde un semiconductor es muy pequeña. Cuando seagregan un pequeño número de átomos dopantes (enel orden de 1 cada 100.000.000 de átomos) entoncesse dice que el dopaje es bajo o ligero.Cuando se agregan muchos más átomos (en el ordende 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que eldopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado serepresenta con la nomenclatura N+ para material detipo N, o P+ para material de tipo P. http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
  • 8. Tipo de Materiales Dopantes: Tipo NSe llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permitenla aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Losátomos de este tipo se llaman donantesya que "donan" o entreganelectrones. Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo.De esta forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que elátomo introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón noligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructuraoriginal, por lo que la energía necesaria para separarlo del átomo serámenor que la necesitada para romper una ligadura en el cristalde silicio (o del semiconductor original http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
  • 9. Tipo de Materiales Dopantes: Tipo NFinalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los primerosserán los portadores mayoritarios y los últimos los minoritarios. Lacantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidadde átomos de impurezas introducidos.El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N).En el caso del Fósforo, se dona un electrón. http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
  • 10. Tipo de Materiales Dopantes: Tipo PSe llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten laformación de huecos sin que aparezcan electrones asociados a losmismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los átomos de este tipose llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen serde valencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio.Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará laneutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene treselectrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota,que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos, generandofinalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán losportadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
  • 11. Tipo de Materiales Dopantes: Tipo PAl igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritariosserá función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). Enel caso del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco deelectrón. http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)