Semiconductores intrísecos y dopados

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Semiconductores intrísecos y dopados

  1. 1. SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conducción. Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente eléctrica.
  2. 2. Como se puede observar en lailustración, en el caso de lossemiconductores el espaciocorrespondiente a la bandaprohibida es mucho másestrecho en comparación conlos materiales aislantes. Laenergía de salto de banda (Eg)requerida por los electronespara saltar de la banda devalencia a la de conducción esde 1 eV aproximadamente. Enlos semiconductores de silicio(Si), la energía de salto debanda requerida por loselectrones es de 1,21 eV,mientras que en los degermanio (Ge) es de 0,785 eV.
  3. 3.  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.
  4. 4. 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.
  5. 5.  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.
  6. 6. 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.
  7. 7.  Si aplicamos una tensión al cristal de silicio, el positivo de la pila intentará atraer los electrones y el negativo los huecos favoreciendo así la aparición de una corriente a través del circuito.
  8. 8. SEMICONDUCTOR TIPO N Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí) .... Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese que cada átomo comparte cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos .... sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga cinco electrones en su capa exterior, resulta que cuatro de esos electrones sirven para enlazarse con el resto de los átomos de la red y el quinto queda libre.
  9. 9. Semiconductor dopado tipo N A esta red de silicio "dopado" con esta clase de impurezas se le denomina "Silicio tipo N" En esta situación hay mayor número de electrones que de huecos. Por ello a estos últimos se les denomina "portadores minoritarios" y "portadores mayoritarios" a los electrones Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de dopado son el arsénico, el antimonio y el fósforo Está claro que si a un semiconductor dopado se le aplica tensión en sus bornas, las posibilidades de que aparezca una corriente en el circuito son mayores a las del caso de la aplicación de la misma tensión sobre un semiconductor intrínseco o puro.
  10. 10. Bandas en SemiconductoresDopados La aplicación de la teoría de las bandas a los semiconductores de tipo n y tipo p , muestra que los niveles adicionales se han añadido por las impurezas. En el material de tipo n hay electrones con niveles de energía cerca de la parte superior de la banda prohibida, de modo que pueden ser fácilmente excitados hacia la banda de conducción. En el material de tipo p, los huecos adicionales en la banda prohibida, permiten la excitación de los electrones de la banda de valencia, dejando huecos móviles en la banda de valencia.
  11. 11. FUENTES DE INFORMACIÓN http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec _basica/tema2/Paginas/Pagina11.htm http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813 .html http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semico nductor/ke_semiconductor_4.htm http://es.scribd.com/doc/97191349/13/Semico nductores-dopados

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