Semicnoductores

Universidad privada telesup Hilario Erazo Carlos SEMICONDUCTORES

Semiconductores Definición 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. Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

Tipos de Semiconductores Semiconductor intrínsecoEs un cristal de Silicio o Germanio que forma Obviamente el proceso inverso también seuna estructura tetraédrica similar a la del produce, de modo que los electrones puedencarbono mediante enlaces covalentes entre sus caer, desde el estado energético correspondiente aátomos, en la figura representados en el plano la banda de conducción, a un hueco en la banda depor simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a valencia liberando energía. A este fenómeno se letemperatura ambiente algunos electrones denomina recombinación. Sucede que, a unapueden absorber la energía necesaria para determinada temperatura, las velocidades desaltar a la banda de conducción dejando el creación de pares e-h, y de recombinación secorrespondiente hueco en la banda de valencia. igualan, de modo que la concentración global deLas energías requeridas, a temperatura electrones y huecos permanece invariable. Siendoambiente, son de 0,7 eV y 0,3 eV para el silicio "n" la concentración de electrones (cargasy el germanio respectivamente. negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento.

Tipo de semiconductores Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos (2), originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción. Estructura cristalina de un semiconductor intrínseco, compuesta solamente por átomos de silicio (Si) que forman una celosía. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear así un cuerpo sólido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportará igual que si fuera un cuerpo aislante.

Tipo de semiconductores Semiconductores dopados Los semiconductores dopados se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de portadores de carga libres. Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semiconductores dopados. En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n. Para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y tipo p los de la III

Tipo de semiconductores 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.

Tipos de materiales dopantesTipo NSe llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electronessin huecos asociados a los mismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que "donan" oentregan electrones. Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no seha des balanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor esneutro, pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructuraoriginal, por lo que la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada pararomper una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original). Finalmente, existirán máselectrones que huecos, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos losminoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos deimpurezas introducidos.El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, sedona un electrón.

Tipo de materiales dopantesTipo PSe llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación de huecos sinque aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Losátomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser devalencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido esneutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tienetres electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomarelectrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones, por lo quelos primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual que en elmaterial tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad deátomos de impurezas introducidos.El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el caso del boro le faltaun electrón y, por tanto, es donado un hueco de electrón.

Fuentes de informaciónElectrónicashttp://www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdfhttp://www.uned.es/cabergara/ppropias/Morillo/web_et_dig/02semiconduc/diodos.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

Semicnoductores

by Carlos Hilario

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