Semiconductores Intrínsecos

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 2 electrones y cuatro vacantes) tendrán una cierta energía Es y Eprespectivamente (punto A).

A medida que disminuye la distancia interatómica comienza a observarse la interacción mutua entre los átomos, hasta que ambos orbitales llegan a formar, por la distorsión creada, un sistema electrónico único. En este 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 interferir 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:

• 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.

SemiconductorElemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del

campo eléctrico en el que se encuentre. Los elementos químicos

semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla siguiente.

DefiniciónSe 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.

Semiconductores intrínsecos

Cuando un semiconductor se

calienta los electrones de valencia

ganan energía de la red y pasan a

la banda de conducción , dejando

estados vacantes o huecos en la

banda de valencia.

Por lo tanto podemos afirmar que la

concentración de portadores

intrínsecos aumenta con la

temperatura.

También es necesario indicar que la

concentración depende de la

energía de la banda prohibida.

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

Concentración de CargaEs un semiconductor intrínseco , en equilibrio térmico, la concentración De electrones en la banda de conducción Ne es igual a la de los huecos en La banda de valencia Nh es decir Ne= Nh

La energía de Fermi en los

semiconductores IntrínsecosEn los semiconductores intrínsecos la energía de Fermi (Ef) se ubica aproximadamente entre la energía del mayor nivel de la banda de valencia (Ev)y la energía del menor nivel de la banda de conducción (Ec). Teniendo en cuenta la función de Fermi Dirac, la probabilidad de encontrar niveles de energía, ocupados en la banda de conducción, es muy pequeña y la probabilidad de encontrar electrones en la banda de valencia es muy alta. Como el ancho de la banda de energía prohibida es muy pequeña , entonces muchos electrones se excitan térmicamente de la banda de valencia a la banda de conducción la aplicación de un pequeño voltaje puede aumentar con facilidad la temperatura de los electrones en la banda de conducción produciéndose una corriente moderada . La conductividad de los semiconductores depende mucho de la temperatura y se incrementa con esta. En contraste con la conductividad de los metales, que disminuye con la temperatura.

Formula

Semiconductores Extrínsecos

DefiniciónSi a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño

porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, elsemiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado.

Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina

sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en dia se han logrado

añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una

modificación del material.

Semiconductores extrínsecos tipo nSon los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo

(As, P, Sb). Que sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco

electrones en la última capa, lo que hace que 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.

Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de

huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las

impurezas se las llama donadoras.

En cuanto a la 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 24100 veces 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 ExtrínsecosPara los semiconductores tipo N, la energía de Fermi se ubica muy cerca de la

banda de conducción, de acuerdo a la distribución de Fermi – Dac, significa

que existe una mayor probabilidad de encontrar electrones en la banda de

conducción que huecos en la banda de valencia

Diferencia entre un semiconductor

Intrínseco e Extrínsecosemiconductores intrínsecos: un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro, cuandose le aplica una tensión externa los electrones libres fluyen hacia el terminal positivo de labatería y los huecos hacia el terminal negativo de la batería.semiconductor extrínseco: es aquel que se puede dopar parta tener un exceso deelectrones libres o un exceso de huecos. aquí encontraremos dos tipos de unión en el que esla 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.

Bibliografía• http://www.youtube.com/watch?v=IMiuD-PNIts

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

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

• Fisica Electronica – Libro Utelesup

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

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