semiconductores
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Semiconductores Intrínsecos
Semiconductores Dopados tipo P y tipo N
David Pacheco Jiménez
Realizado para la carrera de
ingeniería de sistemas de la
universidad privada Telesup
Un semiconductor se puede convertir en un conductor o en un aislante
dependiendo de la conveniencia
1 2 3
1=Aislante
2=Semiconductor
3=Conductor
Los Electrones y los Huecos se crean por pares. Las reglas de los electrones es que se
mueven hacia una dirección(en la imagen a la derecha), de modo que es al revés
para los huecos(en la imagen a la Izquierda).
En un Semiconductor intrínseco, sus átomos se encuentran en estado puro,
sin impurezas. La concentración de electrones para conducir es igual a la
concentración de huecos.
En su estado normal el semiconductor
intrínseco tomara la forma de un cristal
perfecto. Sus electrones están
alienados en su posición original. Tal
como se ve en la imagen, en el caso
del Silicio
Esto se da cuando el calor sometido
este a 0°C.
Electrones
Unión entre átomos
(Unión Covalente)
Modelo del Caso del Silicio
Como se puede observar en la ilustración
los átomos formados sólo por Silicio. Se
unen en sus cuatro lados, formando
enlaces covalentes, para completar ocho
electrones y así formar un sólido cristalino
semiconductor. En estas condiciones el
Silicio se comportará como un aislante.
Electrón libre
Hueco
Cuando le aumentamos de
temperatura, los electrones suelen
desplazarse a la banda de conducción,
para funcionar como electrones de
conducción. Al liberarse deja un
hueco(partícula ficticia positiva en la
estructura cristalina. De esta forma
dentro del semiconductor encontramos
el electrón libre (e-) y el hueco (h+).
(h+) (e-)
Ha temperatura 0°C, los semiconductores son aislantes, no pasa energía a la barra
de conducción. Le aumentamos de temperatura y habrá movimiento de
electrones libres a la barra de conducción. Y también habrá huecos resultantes del
aporte de energía térmica. El movimiento de electrones en el ambiente implica el
movimiento de cargas positivas hacia los huecos.
Ejemplo en una pila
Es el tipo de Semiconductor que se crea artificialmente añadiendo impurezas al
Semiconductor Intrínseco y se denomina dopado o extrínsecos. Los
Semiconductores dopados pueden ser de dos formas, el del tipo P, y del tipo N.
En la imagen tenemos un esquema de una pila. La
parte positiva intentará atraer(h+) a los electrones(e-)
Y producirá una corriente continua. Pero la
conductividad es baja, por ello tenemos dos
posibilidades:
• Aplicar una tensión de valor superior.
• Introducir en el semiconductor electrones o
huecos del exterior
La primera no seria factible, porque llegaríamos a lo
mismo. En cambio la segunda es sustituir algunos
átomos de Silicio por el de otros elementos, y ha este
proceso se les llama dopado.
Consisten en introducir impurezas con menos
electrones de valencia que el material
semiconductor base.
Por lo tanto quedaría huecos(h+) en el material
debido a la carencia de electrones de valencia
del aceptador. Pero los huecos facilitan que los
electrones en la base se muevan rápidamente.
En el ejemplo anterior de la pila facilitaría el
paso de energía eléctrica. A este material
obtenido se le llama semiconductor del tipo P
(positivo).
En la figura, tenemos al Silicio, al que se le ha
agregado impurezas del Boro, y por lo tanto
tiene un electrón menos, y ha dejado un hueco.
Recuerde que la carencia de huecos ayuda a
que el material sea un buen conductor.
Semiconductor P a muy baja Temperatura Semiconductor P a temperatura de ambiente
Hueco sobrante Hueco sobrante
Hueco térmico
Electrón
térmico
El resultado de un semiconductor P es, que se añade un pequeño numero de átomos
trivalentes (tres electrones en la última capa) a un semiconductor intrínseco. Los
aceptadores en este tipo de dopado son:
El fósforo(P), El Aluminio(Al), El Galio(Ga), Indio(In).
Entonces el dopado tipo P, consiste en introducir nivel de energía (h+) en la banda
prohibida.
Tomando como ejemplo
al Silicio, que tiene 4
electrones en su capa
exterior. Y le sustituimos
por el del aluminio, este
llenara los huecos, pero
al tener solo 3 electrones,
este dejara un
vacío(hueco).
Consiste en introducir impurezas con mayor
electrones que el material base. Como
sabemos el Silicio y el Germanio no ceden ni
aceptan electrones en su última órbita, no
aceptan la circulación de corriente eléctrica,
por lo tanto se comportan como aislantes.
La manera de solucionar esto es agregando un
elemento con cinco electrones en su última
órbita, de esta manera quedaría libre un
electrón en toda la estructura cristalina.
Como se observa en la imagen, El silicio con
cuatro electrones en su capa exterior, se ha
sustituido por el fósforo que tiene cinco
electrones en su capa exterior, los cuatro
electrones del Fósforo sirven para rellenar los
huecos del Silicio y el quinto queda libre.
Semiconductor N a muy baja temperatura Semiconductor N a temperatura ambiente
Electrón
sobrante
Electrón
sobrante
Electrón
Térmico
Hueco
Térmico
Se obtiene añadiendo un pequeño numero de átomos pentavalentes(con cinco
electrones en su última capa) a un Semiconductor intrínseco.
Los donantes son:
El Fósforo(P), Arsénico(As), Antimonio(Sb).
Entonces este tipo de dopado consiste en introducir nivel de energía (e-)en la banda
prohibida
Banda ProhibidaBanda Prohibida
• http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm
• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_5.htm
• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_8.htm
• http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/tipo-N.asp
• http://www.uv.es/~navasqui/Tecnologia/Tema3.pdf
• http://ocw.usal.es/ensenanzas-tecnicas/materiales-
electronicos/contenido/MaterialesElectronicos/Tema_5_Dopado.pdf
• http://lcr.uns.edu.ar/electronica/Introducc_electr/2011/clases/F%C3%ADsica_Sem
iconductor.pdf
• http://mit.ocw.universia.net/6.071/s02/pdf/f02-lec15.pdf
