Semiconductores intrinseco
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LA TAREITA LARA EL PROFE

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    Semiconductores intrinseco Semiconductores intrinseco Presentation Transcript

    • QUE SON LOS SIMICONDUCTORES INTRINSICO?• Se denomina conductores intrínsecos a los materiales llamados puros, es decir aquellos en los que todo el material está únicamente formado por un solo componente básico, esto e átomos de 4 e- de valencia.
    • Semiconductores intrínsecos• Es un cristal de silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 0,7 eV y 0,3 eV para el silicio y el germanio respectivamente.• Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que:
    • • ni = n = p siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento.• Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (25ºc):• ni(Si) = 1.5 1010cm-3 ni(Ge) = 2.5 1013cm-3 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
    • • 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.
    • Como se puede observar en la ilustración, en el caso delos semiconductores el espacio correspondiente a labanda prohibida es mucho más estrecho en comparacióncon los materiales aislantes. La energía de salto de banda(Eg) requerida por los electrones para saltar de la bandade valencia a la de conducción es de 1 eVaproximadamente. En los semiconductores de silicio (Si),la energía de salto de banda requerida por los electroneses de 1,21 eV, mientras que en los de germanio (Ge) esde 0,785 eV.
    • • Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas".
    • • Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita [como el galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también en su última órbita [como el antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente eléctrica.
    • • En la actualidad el elemento más utilizado para fabricar semiconductores para el uso de la industria electrónica es el cristal de silicio (Si) por ser un componente relativamente barato de obtener. La materia prima empleada para fabricar cristales semiconductores de silicio es la arena, uno de los materiales más abundantes en la naturaleza. En su forma industrial primaria el cristal de silicio tiene la forma de una oblea de muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25 mm aproximadamente), pulida como un espejo.
    • A la izquierda se muestra la ilustración de una oblea (wafer) o cristal semiconductorde. silicio pulida con brillo de espejo, destinada a la fabricación de transistores ycircuitos. integrados. A la derecha aparece la cuarta parte de la oblea conteniendocientos de. minúsculos dados o “chips”, que se pueden obtener de cada una. Esoschips son los. que después de pasar por un proceso tecnológico apropiado seconvertirán en. transistores o circuitos integrados. Una vez que los chips se hanconvertido en. transistores o circuitos integrados serán desprendidos de la oblea ycolocados dentro. de una cápsula protectora con sus correspondientes conectoresexternos.
    • • 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.
    • TENEMOS COMO EJEMPLO EL SILICIO EN SU MODELO BIDIMENSIONAL Vemos como cada átomo de silicio se rodea de sus 4 vecinos próximos con lo que comparte sus electrones de valencia.
    • Si a los semiconductores Intrínsecos se les combina adecuadamente con elementos del III y/o del V grupo se forman los semiconductores Extrínsecos. Los elementos del V grupo que se usan en la electrónica junto con el silicio y el germanio son: fosforo arsénico, antimonio y bismuto que al combinarse con los semiconductores Intrínsecos forman los semiconductores Extrínsecos tipo N.