Describimos minerales semiconductores, se comportan como conductor o aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo magnético, eléctrico, la presión, la radiación.
2. INTRODUCCIÓN. MATERIALES CONDUCTORES
Todos los cuerpos o elementos químicos existentes en la
naturaleza poseen características diferentes, agrupadas todas
en la denominada “Tabla de Elementos Químicos”. Desde el
punto de vista eléctrico, todos los cuerpos simples o compuestos
formados por esos elementos se pueden dividir en tres amplias
categorías:
Conductores
Aislantes
Semiconductores
3. MATERIALES CONDUCTORES
En la categoría “conductores” se encuentran
agrupados todos los metales que en mayor o
menor medida conducen o permiten el paso
de la corriente eléctrica por sus cuerpos.
• Los conductores de cobre
son los materiales más
utilizados en los circuitos
eléctricos por la baja
resistencia que presentan
al paso de la corriente.
4. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
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.
5. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
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.
6. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
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.
7. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
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.
8. LOS SEMICONDUCTORES DOPADOS
El dopaje consiste en sustituir
algunos átomos de silicio por
átomos de otros elementos. A
estos últimos se les conoce
con el nombre de impurezas.
Dependiendo del tipo de
impureza con el que se dope
al semiconductor puro o
intrínseco aparecen dos
clases de semiconductores.(5)
Semiconductor tipo P
Semiconductor tipo N
Sentido del movimiento de un electrón y
un hueco en el silicio.
9. CASO 1 DOPADO DE UN SEMICONDUCTOR
Impurezas de valencia 5
(Arsénico, Antimonio,
Fósforo). Tenemos un cristal
de Silicio dopado con
átomos de valencia 5
Los átomo de valencia 5
tienen un electrón de más,
así con una temperatura
no muy elevada (a
temperatura ambiente por
ejemplo), el 5º electrón se
hace electrón libre. Esto es,
como solo se pueden
tener 8 electrones en la
órbita de valencia, el
átomo pentavalente
suelta un electrón que será
libre.
10. CASO 2
Impurezas de valencia 3 (Aluminio, Boro,
Galio). Tenemos un cristal de Silicio
dopado con átomos de valencia 3.
Los átomo de valencia 3 tienen un
electrón de menos, entonces como nos
falta un electrón tenemos un hueco.
Esto es, ese átomo trivalente tiene 7
electrones en la orbita de valencia. Al
átomo de valencia 3 se le llama "átomo
trivalente" o "Aceptor".
A estas impurezas se les llama
"Impurezas Aceptoras". Hay tantos
huecos como impurezas de valencia 3 y
sigue habiendo huecos de generación
térmica (muy pocos). El número de
huecos se llama p (huecos/m3). (7)
11. ELEMENTOS DOPANTES
Para los semiconductores
del Grupo IV como Silicio,
Germanio y Carburo de
silicio, los dopantes más
comunes son elementos
del Grupo III o del Grupo
V. Boro, Arsénico, Fósforo,
y ocasionalmente Galio,
son utilizados para dopar
al Silicio.
Ejemplo de dopaje de Silicio por el
Fósforo (dopaje Tipo N). En el caso
del Fósforo, se dona un electrón
12. EJEMPLO DE DOPAJE «TIPO P»
El siguiente es un
ejemplo de dopaje de
Silicio por el Boro (P
dopaje). En el caso del
boro le falta un
electrón y, por tanto, es
donado un hueco de
electrón.La cantidad
de portadores
mayoritarios será
función directa de la
cantidad de átomos de
impurezas introducidos.
En el doping tipo p, la creación de
agujeros, es alcanzada mediante la
incorporación en el silicio de átomos
con 3 electrones de valencia,
generalmente se utiliza boro.(9)
13. CONCLUSIONES
En la producción de
semiconductores, se
denomina dopaje al
proceso intencional de
agregar impurezas en un
semiconductor
extremadamente puro
(también referido como
intrínseco) con el fin de
cambiar sus propiedades
eléctricas. Las impurezas
utilizadas dependen del
tipo de semiconductores
a dopar.
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
