Semiconductores
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los semiconductores intrínsecos y los semiconductores dopados

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Semiconductores Presentation Transcript

  • 1. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y EXTRÍNSECOS ACLLE - 2013
  • 2. Semiconductores
  • 3. • Semiconductores • Clasificación de los Semiconductores • Solidos Cristalinos • Semiconductores Intrínseco • Semiconductores Extrinseco
  • 4. Semiconductores • Los semiconductores Un operario maneja una oblea de silicio, un material semiconductor, que se utilizará para la fabricación de chips. Un operario maneja una oblea de silicio, un material semiconductor, que se utilizará para la fabricación de chips, Son materiales que presentan unas características intermedias entre los conductores y los aislantes. En condiciones normales son aislantes y no dejan pasar la corriente eléctrica, pero bajo ciertas circunstancias, si reciben energía externa, pueden pasar a ser conductores. Los materiales semiconductores pueden ser intrínsecos o extrínsecos.
  • 5. Los semiconductores se pueden clasificar en intrínsecos y extrínsecos. Elemento Separación entre bandas (eV) Tipo de material Diamante 6.0 Aislante Silicio 1.1 Semiconductor Germanio 0.7 Semiconductor Estaño gris 0.1 Semiconductor Estaño blanco 0 Metal Plomo 0 Metal Tabla 1. Aislantes, semiconductores y conductores
  • 6. SOLIDOS CRISTALINOS • Las sustancias se presentan, normalmente, en los estados sólido, líquido y gaseoso. Para una sustancia en estado gaseoso, la distancia media de separación entre las partículas (moléculas o átomos) es grande, comparada a sus diámetros, de modo que la interacción entre ellas puede ser ignorada. • Con todo, a temperaturas y presiones usuales, muchas sustancias están en los estados líquidas y sólidas y la interacción entre las correspondientes partículas no puede más ser ignorada. • En esos casos, la distancia de separación entre las partículas es del orden de cantidad de sus diámetros y la intensidad de las fuerzas que las mantienen juntas y del orden de cantidad de intensidad de las fuerzas que ligan los átomos para formar moléculas.
  • 7. SEMICONDUCTORES INTRINSECO • El cristal de silicio es diferente de un aislante porque a cualquier temperatura por encima del cero absoluto, existe una probabilidad finita de que un electrón en la red sea golpeado y sacado de su posición, dejando tras de sí una deficiencia de electrones llamada "hueco". • Si se aplica un voltaje, entonces tanto el electrón como el hueco pueden contribuir a un pequeño flujo de corriente. • La conductividad de un semiconductor puede ser modelada en términos de la teoría de bandas de sólidos. El modelo de banda de un semiconductor sugiere que, a temperaturas ordinarias hay una posibilidad finita de que los electrones pueden alcanzar la banda de conducción, y contribuir a la conducción eléctrica. • El término intrínseco aquí, distingue entre las propiedades del silicio puro "intrínseco", y las propiedades radicalmente diferentes del semiconductor dopado tipo n o tipo p.
  • 8. Corriente de Semiconductor En un semiconductor intrínseco, ambos electrones y huecos contribuyen al flujo de corriente.
  • 9. • La corriente que fluirá en un semiconductor intrínseco consiste en corriente de ambos electrones y huecos. Es decir, los electrones que han sido liberados de sus posiciones en la red dentro de la banda de conducción, se pueden mover a través del material. • Además, otros electrones pueden saltar entre las posiciones de la red para llenar las vacantes dejadas por los electrones liberados. Este mecanismo adicional se llama conducción de huecos, porque es como si los huecos estuvieran emigrando a través del material en dirección opuesta al movimiento de electrones libres. • El flujo de corriente en un semiconductor intrínseco está influenciado por la densidad de estados de energía la cual a su vez, influencia la densidad de electrones en la banda de conducción. Esta corriente es dependiente altamente de la temperatura.
  • 10. • Electrones y Huecos • En un semiconductor intrínseco como el silicio a temperatura por encima del cero absoluto, habrá algunos electrones que serán excitados, cruzarán la banda prohibida y entrando en la banda de conducción, podrán producir corriente. Cuando el electrón del silicio puro atraviesa la banda prohibida, deja tras de sí un puesto vacante de electrones o "hueco" en la estructura cristalina del silicio normal. Bajo la influencia de una tensión externa, tanto el electrón como el hueco se pueden mover a través del material. En un semiconductor tipo n, el dopante contribuye con electrones extras, aumentando drásticamente la conductividad. En un semiconductor tipo p, el dopante produce vacantes adicionales o huecos, que también aumentan la conductividad. Sin embargo, el comportamiento de la unión p-n es la clave para la enorme variedad de dispositivos electrónicos de estado sólido
  • 11. • En un semiconductor intrínseco la separación entre la banda de valencia y la de conducción es tan pequeña que a la temperatura ambiente algunos electrones ocupan niveles de energía de la banda de conducción. La ocupación de estos niveles introduce portadores de carga negativa en la banda superior y huecos positivos en la inferior y como resultado, el sólido es conductor. Un semiconductor, a la temperatura ambiente, presenta, generalmente, una menor conductividad que un metal pues existen pocos electrones y huecos positivos que actúan como portadores. A medida que aumenta la temperatura aumenta la población de los niveles en la banda de conducción y el número de portadores se hace mucho mayor, por lo que la conductividad eléctrica también aumenta (Fig. 10)
  • 12. SEMICONSULTORES EXTRINSECO • Un semiconductor extrínseco es aquel en el que se han introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar la conductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente. A este proceso se le conoce como dopado. Así, por ejemplo, el número de portadores negativos (electrones) puede aumentar si se dopa el material con átomos de un elemento que tenga más electrones de valencia que el que compone dicho material semiconductor. El nivel de dopado no debe de ser muy alto (1 átomo por cada 109 átomos del material de partida) para que sea efectivo. • Si se introducen átomos de arsénico ([Ar]4s24p3) en un cristal de silicio ([Ne]3s23p2), se habrá añadido un electrón extra por cada átomo de arsénico que sustituye al de silicio. El efecto del dopado es sustitucional, en el sentido de que el átomo de As sustituye al de silicio en la red cristalina. Los átomos donadores de arsénico, muy alejados unos de otros por la baja concentración de dopado, formarán una banda muy estrecha que se encuentra próxima en energía a la banda de conducción del silicio (Figura 11a). A la temperatura ambiente, algunos de los electrones de la banda del arsénico serán promocionados a la banda de conducción. En otras palabras, los electrones del arsénico se transferirán a los orbitales vacíos del silicio. A este proceso se le conoce como semiconductividad de tipo n, indicando la letra n que los portadores de cargas son los electrones (carga negativa).
  • 13. • Semiconductores extrínsecos tipo n: • Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la última capa, lo que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún enlace covalente, quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la temperatura, además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han unido. • Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras. • En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.
  • 14. • Semiconductores extrínsecos de tipo p: • En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría. • Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.
  • 15. • Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar densidad de portadores de cargas libres. • Estas impurezas se llaman dopantes. Así podemos hablar de semiconductores dopados . En la función de tipo dopante, obtendremos semiconductores dopados de tipo P o de Tipo N. para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y tipo p los de Tipo III.
  • 16. webliografía • http://mx.kalipedia.com/tecnologia/tema/semiconductores.html?x=20070822klpingtcn_123.Kes&ap=2 • http://quimica.laguia2000.com/quimica-organica/solidos-cristalinos • http://ocwus.us.es/fisica-aplicada/copy_of_complementos-de-fisica/temas/TEMA3.pdf • http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEI/Guias/tema3.pdf • http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina6.htm • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/intrin.html • http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/enlace-metales/semiconductores