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SEMICONDUCTORESCURSO: FISICA ELECTRÓNICA
AUTOR: FRANK SORIA TAPIA
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
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.
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.
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.
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.
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.
SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS"
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.
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.
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)
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
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)
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
webgrafía
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_5.htm
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina5.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina5.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
http://ecotecnologias.wordpress.com/tag/celdas-solares/
