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SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Y
SEMICONDUCTORES DOPADOS
INTRODUCCIÓN
Un 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 Telururo
de Plomo y el Seleniuro de Zinc.(1)
Describiremos la importancia y las propiedades de los semiconductores
intrínsecos y los semiconductores dopados.
LOS SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS (2)
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
FLUJO ESTABLE DE ELECTRONES LIBRES Y
HUECOS DENTRO DEL SEMICONDUCTOR (3)
Cuando 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.
GENERACIÓN TÉRMICA DE PARES ELECTRÓN-
HUECO (4)
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’
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 conductor
es 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.(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 (6)
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 (8)
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
Darwin F. Oclocho Minchan
Ing. De Sistemas
IV Ciclo
Fuente: http://ecotecnologias.wordpress.com/tag/celdas-solares/
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Pag
inas/Pagina5.htm
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp
http://quintonochea.wikispaces.com/semiconductores1