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Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.

Elemento GruposElectrones enla última capa

Cd 12 2 e-

Al, Ga, B, In 13 3 e-

Si, C, Ge 14 4 e-

P, As, Sb 15 5 e-

Se, Te, (S) 16 6 e-

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS

Es un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,1 eV y 0,7 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Como se aprecia el átomo de Sb no solo cumple con los cuatro enlaces covalentes, sino que aún le sobra un electrón, que tiende a salirse de su órbita para que quede estable el átomo de Sb. Por cada átomo de impurezas añadido aparece un electrón libre en la estructura. Aunque se añadan impurezas en relación de uno a un millón, en la estructura del silicio además de los 1010 electrones y 1010 huecos libres que existen por cm3, a la temperatura ambiente, hay ahora que sumar una cantidad de electrones libres equivalente a la de átomos de impurezas. En estas condiciones el Si con impurezas de Sb alcanza 1016 electrones libres y 1010 huecos libres por cm3, siendo en consecuencia el numero de portadores eléctricos negativos mucho mayor que el de los positivos, por lo que los primeros reciben la denominación de portadores mayoritarios y los segundos la de portadores minoritarios y, por el mismo motivo, se le asigna a este tipo de semiconductores extrínsecos la clasificación de SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO TIPO N.

En la figura se presenta la estructura cristalina del Silicio (Si) dopado con Aluminio (Al). Por cada átomo de impurezas trivalente que se añade al semiconductor intrínseco aparece en la estructura un hueco, o lo que es lo mismo, la falta de un electrón.Añadiendo un átomo de impurezas trivalente por cada millón de átomos de semiconductor existen: 1016 huecos libres y 1010 electrones libres por cm3, a la temperatura ambiente. Como en este semiconductor hay mayor numero de cargas positivas o huecos, se les denomina a estos, portadores mayoritarios; mientras que los electrones libres, únicamente propiciados por los efectos de la agitación térmica son los portadores minoritarios. Por esta misma razón el semiconductor extrínseco así formado recibe el nombre de SEMICONDUCTOR EXTRINSECO TIPO P, siendo neutro el conjunto de la estructura, al igual que sucedía con el TIPO N.

Al colocar parte del semiconductor TIPO P junto a otra parte del semiconductor TIPO N, debido a la ley de difusión los electrones de la zona N, donde hay alta concentración de estos, tienden a dirigirse a la zona P, que a penas los tiene, sucediendo lo contrario con los huecos, que tratan de dirigirse de la zona P, donde hay alta concentración de huecos, a la zona N. Eso ocasiona su encuentro y neutralización en la zona de unión. Al encontrarse un electrón con un hueco desaparece el electrón libre, que pasa ocupar el lugar del hueco, y por lo tanto también desaparece este último, formándose en dicha zona de la unión una estructura estable y neutra.

Están formados por átomos donde los vecinos más cercanos están enlazados de manera covalente (mas o menos polar).

Los cristales de semiconductores

Al combinarse los átomos de Silicio para formar un sólido, lo hacen formando una estructura ordenada llamada cristal. Esto se debe a los "Enlaces Covalentes", que son las uniones entre átomos que se hacen compartiendo electrones adyacentes de tal forma que se crea un equilibrio de fuerzas que mantiene unidos los átomos de Silicio.

A simple vista es imposible que un semiconductor permita el movimiento de electrones a través de sus bandas de energía Idealmente, a T= 0 K, el semiconductor es un aislante porque todos los e- están formando enlaces.Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar libre un e- para moverse en la estructura cristalina.

El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia positiva) en la estructura cristalina. De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-), pero también hay un segundo tipo de portador: el hueco (h+)

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.

Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas".

SEMICONDUCTORES DOPADOS

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. A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor, es llamado degenerado.

La adición de un pequeño porcentaje de átomos extraños en la red cristalina regular de silicio o germanio, produce unos cambios espectaculares en sus propiedades eléctricas, dando lugar a los semiconductores de tipo N y tipo P. Impurezas pentavalentes Los átomos de impurezas con 5 electrones de valencia, producen semiconductores de tipo n, por la contribución de electrones extras.

La adición de impurezas donantes contribuye a subir los niveles de energía de los electrones en la banda prohibida del semiconductores, de modo que pueden ser excitados fácilmente hacia la banda de conducción. Esto desplaza el nivel de Fermi efectivo, a un punto a medio camino entre los niveles de los electrones donantes y la banda de conducción.

Con la energía proporcionada por un voltaje aplicado, los electrones pueden ser elevados a la banda de conducción, y moverse a través del material. Los electrones se dice que son los "portadores mayoritarios" del flujo de corriente en un semiconductor de tipo n.

La adición de impurezas aceptoras contribuye a bajar los niveles de los huecos en la banda prohibida de los semiconductores, de modo que los electrones pueden ser fácilmente excitados desde la banda de valencia hasta estos niveles, dejando huecos móviles en la banda de valencia. Esto desplaza el nivel de Fermi efectivo, a un punto a medio camino entre los niveles aceptores y la banda de valencia.

Con la energía proporcionada por un voltaje aplicado, los electrones pueden ser elevados desde la banda de valencia hasta los huecos en la banda prohibida. Dado que los electrones pueden ser intercambiados entre los huecos, se dice que son móviles. Los huecos se dice que son los "portadores mayoritarios" para el flujo de corriente en un semiconductor de tipo p.

Ahora bien, esta corriente que aparece es de muy pequeño valor, pues son pocos los electrones que podemos arrancar de los enlaces entre los átomos de silicio. Para aumentar el valor de dicha corriente tenemos dos posibilidades:-Aplicar una tensión de valor superior.-Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el exterior

La primera solución no es factible pues, aún aumentando mucho el valor de la tensión aplicada, la corriente que aparece no es de suficiente valor. La solución elegida es la segunda.En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".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.

SEMICONDUCTORES DOPADOS

SEMICONDUCTORES INTRINSECOS

http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductores_intr.C3.ADnsecos

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

http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm

http://www.rossbach.com.mx/indus-api.html

http://www.ujaen.es/investiga/solar/07cursosolar/home_main_frame/03_celula/01_basico/3_celula_02.htm

http://translate.google.com.pe/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://ece-www.colorado.edu/~bart/book/extrinsi.htm&ei=qRCtUILZKZGG9gSd7IH4CA

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

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

http://hyperphycs.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/dope.html

http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/dispossemicond.html