Ledgar Javier Guzmán Valverde

Ingeniería en sistemas e informática

LOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Y LOS SEMI CONDUCTORES

DOPADOS

INTRODUCCIÓNUn semiconductor es un material o compuesto que tiene propiedades aislantes o conductoras. Unos de los elementos más usados como semiconductores son el silicio, el germanio y selenio, además hay otros que no son elementos como los mencionados anteriormente si no que son compuestos como lo son el Arseniuro de Galio, el Teluro de Plomo y el Seleniuro de Zinc. Describiremos la importancia y las propiedades de los semiconductores intrínsecos y los semiconductores dopados.

http://fisicadesemiconductores.blogspot.com/

LOS SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energía térmica. En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como huecos con lo que la corriente total es cero. Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas. Donde n=p=ni(2)

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm/

FLUJO ESTABLE DE ELECTRONES LIBRES Y HUECOS DENTRO DEL

SEMICONDUCTORCuando los electrones libres llegan la extremo derecho del cristal, entran al conductor externo (normalmente un hilo de cobre) y circulan hacia el terminal positivo de la batería. Por otro lado, los electrones libres en el terminal negativo de la batería fluirían hacia el extremos izquierdo del cristal. Así entran en el cristal y se recombinan con los huecos que llegan al extremo izquierdo del cristal. Se produce un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del semiconductor.

http://quintonochea.wikispaces.com/semiconductores1

GENERACIÓN TÉRMICA DE PARES ELECTRÓN-HUECO

Si un electrón de valencia se convierte en electrón de conducción deja una posición vacante, y si aplicamos un campo eléctrico al semiconductor, este “hueco” puede ser ocupado por otro electrón de valencia, que deja a su vez otro hueco. Este efecto es el de una carga +e moviéndose en dirección del campo eléctrico. A este proceso le llamamos „generación térmica de pares electrón-hueco‟.

http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html

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. A 0ºK todos los electrones hacen su papel de enlace y tienen energías correspondientes a la banda de valencia. Esta banda estará completa, mientras que la de conducción permanecerá vacía. Es cuando hablamos de que el conductores un aislante perfecto.

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.

Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp

CASO 1DOPADO 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.http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/

Pagina5.htm

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).

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina5.htm

ELEMENTOS DOPANTES

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

Ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje Tipo N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón

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 «TIPO P»

http://ecotecnologias.wordpress.com/tag/celd as-solares/

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.

EJEMPLO DE DOPAJE «TIPO N»

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)

Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que "donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

POLARIZACIÓN DIRECTA DE LA UNIÓN P - N

http://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PN

En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Se produce cuando se conecta el polo positivo de la pila a la parte P de la unión P - N y la negativa a la N. En estas condiciones podemos observar que:

El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.

POLARIZACIÓN DIRECTA DE LA UNIÓN P - N

Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final.

http://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PN

POLARIZACIÓN DIRECTA DE LA UNIÓN P - N

Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final.

http://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PN

CONCLUSIONES

Un semiconductor es En la producción de “intrínseco” cuando se semiconductores, se encuentra en estado puro, o denomina dopaje alsea, que no contiene ninguna proceso intencional de impureza, ni átomos de otro agregar impurezas en un tipo dentro de su estructura. Semiconductor En ese caso, la cantidad de extremadamente puro huecos que dejan los (también referido como electrones en la banda de intrínseco) con el fin de valencia al atravesar la banda cambiar sus propiedades prohibida será igual a la eléctricas. Las impurezas cantidad de electrones libres utilizadas dependen del que se encuentran presentes tipo de semiconductores a en la banda de conducción dopar. De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final