INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICAIV CICLO

CURSO:

Física Electrónica

PROFESOR:

Rojas Reátegui Raúl

PRESENTADO POR :

Marlyn Peña Peña

LOS SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y LOS

SEMICONDUCTORES DOPADOS

INTRODUCCION

Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en orden creciente

Los semiconductores más conocidos son el silício (Si) y el germanio (Ge). Debido a que, como veremos más adelante, el comportamiento del silício es más estable que el germanio frente a todas las perturbaciones exteriores que pueden variar su respuesta normal, será el primero (Si) el elemento semiconductor más utilizado en la fabricación de los componentes electrónicos de estado solido. A él nos referiremos normalmente, teniendo en cuenta que el proceso del germanio es absolutamente similar.

Como todos los demás, el átomo de silicio tiene tantas cargas positivas en el núcleo, como electrones en las órbitas que le rodean. (En el caso del silicio este número es de 14). El interés del semiconductor se centra en su capacidad de dar lugar a la aparición de una corriente, es decir, que haya un movimiento de electrones. Como es de todos conocido, un electrón se siente más ligado al núcleo cuanto mayor sea su cercanía entre ambos. Por tanto los electrones que tienen menor fuerza de atracción por parte del núcleo y pueden ser liberados de la misma, son los electrones que se encuentran en las órbitas exteriores. Estos electrones pueden, según lo dicho anteriormente, quedar libres al inyectarles una pequeña energía.

SEMIC

ONDUCTO

R

Un semiconductor es un componente que no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante. En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los semiconductores son aquellos elementos perteneciente al grupo IV de la Tabla Periódica (Silicio, Germanio, etc. Generalmente a estos se le introducen átomos de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza introducida. Otra característica que los diferencia se refiere a su resistividad, estando ésta comprendida entre la de los metales y la de los aislantes.

CORRIENTE DE SEMICONDUCTORLa corriente que fluirá en un semiconductor intrínseco consiste en corriente de ambos electrones y huecos. Es decir, los electrones que han sido liberados de sus posiciones en la red dentro de la banda de conducción, se pueden mover a través del material.

Además, otros electrones pueden saltar entre las posiciones de la red para llenar las vacantes dejadas por los electrones liberados. Este mecanismo adicional se llama conducción de huecos, porque es como si los huecos estuvieran emigrando a través del material en dirección opuesta al movimiento de electrones libres.

El flujo de corriente en un semiconductor intrínseco está influenciado por la densidad

de estados de energía la cual a su vez, influencia la densidad de electrones en la banda de conducción.

Esta corriente es dependiente altamente de la temperatura.

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.

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.

Los elementos semiconductores por excelencia son el silicio y el germanio, aunque existen otros elementos como el estaño, y compuestos como el arseniuro de galio que se comportan como tales.

Tomemos como 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.

ELECTRONES Y HUECOS

En un semiconductor intrínseco como el silicio a temperatura por encima del cero absoluto, habrá algunos electrones que serán excitados, cruzarán la banda prohibida y entrando en la banda de conducción, podrán producir corriente. Cuando el electrón del silicio puro atraviesa la banda prohibida, deja tras de sí un puesto vacante de electrones o "hueco" en la estructura cristalina del silicio normal. Bajo la influencia de una tensión externa, tanto el electrón como el hueco se pueden mover a través del material. En un semiconductor tipo n, el dopante contribuye con electrones extras, aumentando drásticamente la conductividad. En un semiconductor tipo p, el dopante produce vacantes adicionales o huecos, que también aumentan la conductividad. Sin embargo, el comportamiento de la unión p-n es la clave para la enorme variedad de dispositivos electrónicos de estado sólido

SEMICONDUCTOR DOPADO

Si aplicamos una tensión al cristal de silicio, el positivo de la pila intentará atraer los electrones y el negativo los huecos favoreciendo así la aparición de una corriente a través del circuito

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 PSemiconductor tipo N

TIPO “N”

Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que "donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

EJEMPLO

El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.

TIPO “P”

Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

EJEMPLOEl 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.

ELEM

ENTO

S DOPA

NTES

S e m i c o n d u c t o r e s d e g r u p o I V:P a r a l o s s e m i c o n d u c t o r e s d e l g r u p o I V c o m o s i l i c i o, g e r m a n i o y c a r b u r o d e s i l i c i o, l o s d o p a n t e s m á s c o m u n e s s o n e l e m e n t o s d e l g r u p o I I I o d e l g r u p o V. B o r o, a r s é n i c o, f ó s f o r o, y o c a s i o n a l m e n t e g a l i o, s o n u t i l i z a d o s p a r a d o p a r a l s i l i c i o.

BANDAS EN SEMICONDUCTORES DOPADOS

La aplicación de la teoría de bandas a los semiconductores de tipo n y tipo p muestra que los niveles adicionales se han añadido por las impurezas. En el material de tipo n hay electrones con niveles de energía cerca de la parte superior de la banda prohibida, de modo que pueden ser fácilmente excitados hacia la banda de conducción. En el material de tipo p, los huecos adicionales en la banda prohibida, permiten la excitación de los electrones de la banda de valencia, dejando huecos móviles en la banda de valencia.

DOPAJE EN CONDUCTORES

ORGÁNICOSLos polímeros conductores pueden ser dopados al agregar reactivos químicos que oxiden (o algunas veces reduzcan) el sistema, para ceder electrones a las órbitas conductoras dentro de un sistema potencialmente conductor.

Existen dos formas principales de dopar un polímero conductor, ambas mediante un proceso de reducción-oxidación. En el primer método, dopado químico, se expone un polímero, como la melanina (típicamente una película delgada), a un oxidante (típicamente yodo o bromo) o a un agente reductor (típicamente se utilizan metales alcalinos, aunque esta exposición es bastante menos común). El segundo método es el dopaje electroquímico, en la cual un electrodo de trabajo, revestido con un polímero, es suspendido en una solución electrolítica, en la cual el polímero es insoluble, junto al electrodo opuesto, separados ambos. Se crea una diferencia de potencial eléctrico entre los electrodos, la cual hace que una carga (y su correspondiente ion del electrolito) entren en el polímero en la forma de electrones agregados (dopaje tipo N) o salgan del polímero (dopaje tipo P), según la polarización utilizada.

La razón por la cual el dopaje tipo N es mucho menos común es que la atmósfera de la tierra, la cual es rica en oxígeno, crea un ambiente oxidante. Un polímero tipo N rico en electrones reaccionaría inmediatamente con el oxígeno ambiental y se desdoparía (o reoxidaría) nuevamente el polímero, volviendo a su estado natural.

FUEN

TES D

E

INFO

RMACIÓ

N

http://www.monografias.com/trabajos11/semi/semi.shtml#ixzz2d6UHFznK

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

http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/semicond/teoria.htm

http://www.buenastareas.com/ensayos/Semiconductores-Intrinsecos-y-Extrinsecos/3224982.html

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29