SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Y DOPADOS

CURSO : FISICA ELECTRONICAALUMNO : VÁSQUEZ CABRERA ROBERT JAIME

SEMICONDUCTORES INTRINSECOS

Un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro. Un cristal de silicio es un semiconductor intrínseco si cada átomo en el cristal es un átomo de silicio. Los principales materiales que presentan propiedades semiconductoras son elementos simples, como el silicio (Si) , y el germanio (Ge) .

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.

BANDAS DE ENERGIA DE UN SEMICONDUCTOR

En el silicio (Si) cada átomo esta unido a otros cuatro átomos compartiendo sus electrones de valencia. Al aplicarle energía externa, ya sea de calor o de luz, es posible liberar electrones hacia la banda de conducción, los cuales pueden producir una corriente eléctrica .

FLUJO DE ELECTRONES

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.

CRISTAL DE SILICIO

La excitación de un electrón a la banda de conducción implica la ruptura de un enlace en algún punto del solido cristalino, originándose un estado vacante o hueco, que tendrá carga positiva y posee movilidad en el interior del solido.

PORTADORES DE CARGA

De tal manera, la movilidad de los huecos se explica si se tiene en cuenta que los electrones que se encuentran en enlaces próximos saltan a este hueco , dejando a tras un nuevo hueco .

A partir de estos hechos se aprecia la importancia del hueco como entidad, con un comportamiento similar al de los electrones. Tal es así que, desde el punto de vista cuantitativo el hueco puede considerarse como una partícula que posee carga igual al del electrón pero de signo positivo.

Estas características hacen que tanto los huecos como los electrones de un semiconductor intrínseco sean denominados indistintamente portadores de carga o portadores intrínsecos .

SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS

Un semiconductor extrínseco o dopado es cuando a un semiconductor intrínseco sele añaden átomos de impurezas para modificar su conductividad eléctrica.Esto a dado lugar al desarrollo de los “semiconductores extrínsecos o dopados”.

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.

SEMICONDUCTORES TIPO “N”Como ya conocemos, ni los átomos de silicio, ni los de germanio en su forma cristalina ceden ni aceptan electrones en su última órbita; por tanto, no permiten la circulación de la corriente eléctrica, por tanto, se comportan como materiales aislantes.Al silicio que ha sido impurificado con una impureza pentavalente se le llama semiconductor tipo “n” , donde la “n” representa negativo.

Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si) formando una celosía. Como se puede observar, esta estructura se ha dopado añadiendo átomos de antimonio (Sb) para crear un material semiconductor “extrínseco”. Los átomos de silicio (con cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia) se unen formando enlaces covalentes con los átomos de antimonio (con cinco en su última órbita banda de valencia). En esa unión quedará un electrón libre dentro de la estructura cristalina del silicio por cada átomo de antimonio que se haya añadido. De esa forma el cristal. de silicio se convierte en material semiconductor tipo-N (negativo) debido al exceso electrones libres con cargas negativas presentes en esa estructura.

SEMICONDUCTORES TIPO “P”Si en lugar de introducir átomos pentavalentes al cristal de silicio o de germanio lo dopamos añadiéndoles átomos o impurezas trivalentes como de galio (Ga) (elemento perteneciente al Grupo IIIa de la Tabla Periódica con tres electrones en su última órbita o banda de valencia), al unirse esa impureza en enlace covalente con los átomos de silicio quedará un hueco o agujero, debido a que faltará un electrón en cada uno de sus átomos para completar los ocho en su última órbita.

Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si) que forman, como en el caso anterior, una celosía, dopada ahora con átomos de galio (Ga) para formar un semiconductor “extrínseco”. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (con cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia) se unen formando enlaces covalente con los átomos de galio (con tres electrones en su banda de valencia). En esas condiciones quedará un hueco con defecto de electrones en la estructura cristalina de silicio, convirtiéndolo en un semiconductor tipo-P (positivo) provocado por el defecto de electrones en la estructura.

MECANISMO DE CONDUCCIÓN EN UN SEMICONDUCTOR

Cuando a un elemento semiconductor le aplicamos una diferencia de potencial o corriente eléctrica, se producen dos flujos contrapuestos: uno producido por el movimiento de electrones libres que saltan a la “banda de conducción” y otro por el movimiento de los huecos que quedan en la “banda de valencia” cuando los electrones saltan a la banda de conducción.Si analizamos el movimiento que se produce dentro de la estructura cristalina del elemento semiconductor, notaremos que mientras los electrones se mueven en una dirección, los huecos o agujeros se mueven en sentido inverso. Por tanto, el mecanismo de conducción de un elemento semiconductor consiste en mover cargas negativas (electrones) en un sentido y cargas positivas (huecos o agujeros) en sentido opuesto.Ese mecanismo de movimiento se denomina "conducción propia del semiconductor", que para las cargas negativas (o de electrones) será "conducción N", mientras que para las cargas positivas (de huecos o agujeros), será "conducción P".

FUENTES DE INFORMACIÓN DE IMAGENES

www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htmwww.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_5.htmwww.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_7.htmwww.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_8htmhttp://termodinamica2012.wikispaces.com/Electa%C3%B3nica+Anal%C3%B3gica http://eswikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_de_semiconductores http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html