2. elemento que se comporta como un conductor o como
un aislante dependiendo de diversos factores, como por
ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la
radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el
que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores
de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.
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El elemento semiconductor más usado es el silicio, el
segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento
presentan las combinaciones de elementos de los
grupos 12 y 13 con los de los grupos 16 y 15
respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y
SCd). 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.
4. UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP
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
5. 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.
Como se puede observar en la ilustración, en el caso de los
semiconductores el espacio correspondiente a la banda
prohibida es mucho más estrecho en comparación con los
materiales aislantes. La energía de salto de banda (Eg) requerida
por los electrones para saltar de la banda de valencia a la de
conducción es de 1 eV aproximadamente. En los
semiconductores de silicio (Si), la energía de salto de banda
requerida por los electrones es de 1,21 eV, mientras que en los
de germanio (Ge) es de 0,785 eV.
6. 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.
7. Para mejorar las propiedades de los semiconductores, se les somete a
un proceso de impurificación (llamado dopaje), consistente en introducir
átomos de otros elementos con el fin de aumentar su conductividad. El
semiconductor obtenido se denominará semiconductor extrínseco.
Según la impureza (llamada dopante) distinguimos:
• Semiconductores tipo n
• Semiconductores tipo p
8. Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras",
que son impurezas pentavalentes. Como los electrones
superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben
el nombre de "portadores mayoritarios", mientras que a los
huecos se les denomina "portadores minoritarios".
Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los
electrones libres dentro del semiconductor se mueven
hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha.
Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno
de los electrones del circuito externo entra al
semiconductor y se recombina con el hueco.
Los electrones libres de la figura circulan hacia el extremo
izquierdo del cristal, donde entran al conductor y fluyen
hacia el positivo de la batería.
9. Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que
son impurezas trivalentes. Como el número de huecos
supera el número de electrones libres, los huecos son los
portadores mayoritarios y los electrones libres son los
minoritarios.
Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven
hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. En
la figura, los huecos que llegan al extremo derecho del cristal
se recombinan con los electrones libres del circuito externo.
En el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios.
Los electrones libres dentro del semiconductor circulan de
derecha a izquierda. Como hay muy pocos portadores
minoritarios, su efecto es casi despreciable en este circuito.
10. Se emplean como impurezas elementos
pentavalentes (con 5 electrones de valencia) como
el Fósforo (P), el Arsénico (As) o el Antimonio (Sb).
El donante aporta electrones en exceso, los cuales
al no encontrarse enlazados, se moverán fácilmente
por la red cristalina aumentando su conductividad.
De ese modo, el material tipo N se denomina
también donador de electrones.
EJEMPLO DE SEMICONDUCTOR
TIPO P se emplean elementos trivalentes (3 electrones
de valencia) como el Boro (B), Indio (In) o Galio
(Ga) como dopantes. Puesto que no aportan los
4 electrones necesarios para establecer los 4
enlaces covalentes, en la red cristalina éstos
átomos presentarán un defecto de electrones
(para formar los 4 enlaces covalentes). De esa
manera se originan huecos que aceptan el paso
de electrones que no pertenecen a la red
cristalina. Así, al material tipo P también se le
denomina donador de huecos (o aceptador de
