Fernando Martin Gómez Santos

Bandas de energía de semiconductoresSupongamos una red cristalina formada por átomos de silicio (o cualquier mezcla de las mencionadas).Cuando los átomos están aislados, el orbital s (2 estados con dos electrones) y el orbital p (6 estados con2 electrones y cuatro vacantes) tendrán una cierta energía Es y Ep respectivamente (punto A).A medida que disminuye la distancia interatómica comienza a observarse la interacción mutua entre losátomos, hasta que ambos orbitales llegan a formar, por la distorsión creada, un sistema electrónicoúnico. En este momento tenemos 8 orbitales híbridos sp3 con cuatro electrones y cuatro vacantes (puntoB).Si se continua disminuyendo la distancia interatómica hasta la configuración del cristal, comienzan ainterferir los electrones de las capas internas de los átomos, formándose bandas de energía (punto C).Las tres bandas de valores que se pueden distinguir son:

BandadeValencia. 4 estados, con 4 electrones. Banda Prohibida. No puede haber electrones con esos valores de energía en el cristal. Bandade Conducción. 4 estados, sin electrones.

SemiconductorElemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campoeléctrico en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tablaperiódica se indican en la tabla siguiente.

DefiniciónSe dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, queno 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 bandaprohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en labanda de conducción.

Semiconductores intrínsecos

Cuando un semiconductor se calienta loselectrones de valencia ganan energía de la redy pasan a la banda de conducción , dejandoestados vacantes o huecos en la banda devalencia.

Por lo tanto podemos afirmar que laconcentración de portadores intrínsecosaumenta con la temperatura.

También es necesario indicar que laconcentración depende de la energía de labanda prohibida.

La conductividad

El estado vacante de un electrón puede considerarse como un hueco positivo , el cual tiene movilidad, contrario al movimiento de los electrones

Concentración de Carga

Es un semiconductor intrínseco , en equilibrio térmico, la concentraciónde electrones en la banda de conducción Ne es igual a la de los huecos enLa banda de valencia Nh es decir Ne= Nh

Bandas de los semiconductores intrínsecos

Fernando Martin Gómez Santos

DefiniciónSi a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje deimpurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denominaextrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte dela estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en dia se hanlogrado añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello unamodificación del material.

Semiconductores extrínsecos tipo nSon los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Quesean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la última capa, loque hace que al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún enlacecovalente, quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de latemperatura, además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no sehan unido. Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que dehuecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se lasllama donadoras. En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muyelevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio,la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductores extrínsecos de tipo pEn este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría.

Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

La energía de Fermi en los semiconductores Extrínsecos

Para los semiconductores tipo N, la energía de Fermi se ubica muy cerca de la banda deconducción, de acuerdo a la distribución de Fermi – Dac, significa que existe una mayorprobabilidad de encontrar electrones en la banda de conducción que huecos en la banda devalencia

Diferencia entre un semiconductor Intrínseco e ExtrínsecoSemiconductores intrínsecos: un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro,cuando se le aplica una tensión externa los electrones libres fluyen hacia el terminal positivode la batería y los huecos hacia el terminal negativo de la batería. semiconductor extrínseco:es aquel que se puede dopar parta tener un exceso de electrones libres o un exceso de huecos.aquí encontraremos dos tipos de unión en el que es la unión tipo p y la unión tipo n.

Sucede que los semiconductores intrínsecos actúan como un aislante en el caso del siliciocuando es un cristal puro, ahora cuando lo dopamos con impurezas se llega al materialextrínseco y en ese caso tendremos un material semiconductor por ejemplo un diodo.

Difusión de huecos y electrones

Fuentes de información

http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080718153722AAHFDSj

http://enciclopedia.us.es/index.php/Semiconductor

http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html

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

http://ocw.ehu.es/ensenanzas-tecnicas/electronica-general/teoria/tema1