Semiconductores

IntrínsecosAlfonso Bejarano Zavala

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 con 2electrones 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 electrónico único. Eneste momento tenemos 8 orbitales híbridos sp3 con cuatro electrones y cuatro vacantes (punto B).

Si se continua disminuyendo la distancia interatómica hasta la configuración del cristal, comienzan a interferirlos electrones de las capas internas de los átomos, formándose bandas de energía (punto C).

Las tres bandas de valores que se pueden distinguir son:

Banda de Valencia. 4 estados, con 4 electrones.

Banda Prohibida. No puede haber electrones con esos valores de energía en el cristal.

Banda de Conducción. 4 estados, sin electrones.

Semiconductor

Elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico enel que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican enla tabla siguiente.

Definición

Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que nocontiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, lacantidad 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 la bandade conducción.

Semiconductores intrínsecos

Cuando un semiconductor se calienta loselectrones de valencia ganan energía de la red ypasan 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 concentración deelectrones en la banda de conducción Ne es igual a la de los huecos en Labanda de valencia Nh es decir Ne= Nh

Bandas de los semiconductores

intrínsecos

Semiconductores

ExtrínsecosAlfonso Bejarano Zavala

Definición

Si 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 de laestructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en dia se han logradoañadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una modificación delmaterial.

Semiconductores extrínsecos

tipo n

Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que seanelementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la última capa, lo que haceque al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún enlace covalente,quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la temperatura,además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han unido. Comoahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de huecos, se dice que loselectrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras. En cuanto ala conductividad del material, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo;introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductores extrínsecos de tipo

p

En 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 Extrínseco

Semiconductores intrínsecos: un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro, cuando sele aplica una tensión externa los electrones libres fluyen hacia el terminal positivo de la batería ylos huecos hacia el terminal negativo de la batería. semiconductor extrínseco: es aquel que sepuede dopar parta tener un exceso de electrones libres o un exceso de huecos. aquíencontraremos 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 silicio cuandoes un cristal puro, ahora cuando lo dopamos con impurezas se llega al material extrínseco y enese caso tendremos un material semiconductor por ejemplo un diodo.

Difusión de huecos y electrones

Fuentes de información

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

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