SEMICONDUCTORES

• SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

• SEMICONDUCTORES DOPADOS

CARRERA : INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICACURSO : FISICA ELECTRONICAALUMNO : CARLOS ALBERTO OPORTO AÑACATOODE : AREQUIPA

SEMICONDUCTORES

Es un elemento que funciona como un conductor o como un aislante dependiendo de algunos factores, como el campo eléctrico o magnético, la radiación, la presión o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. El semiconductor más utilizado es el silicio y los otros semiconductores son el germanio y el selenio.

TIPOS DE SEMICONDUCTORES

Se clasifican en 2: Semiconductore

s intrínsecos

• Semiconductores dopados

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energía térmica.En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como huecos con lo que la corriente total es cero.

FUNCIONES INTRÍNSECOS

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.

LOS SEMICONDUCTORES Y LA BANDA DE CONDUCCION

Observamos en la ilustración, en el caso de los semiconductores el espacio correspondiente a la banda prohibida es mucho más estrecho en comparación con los materiales aislantes. La energía de salto de banda (Eg) requerida por los electrones para saltar de la banda de valencia a la de conducción es de 1 eV aproximadamente. En los semiconductores de silicio (Si), la energía de salto de banda requerida por los electrones es de 1,21 eV, mientras que en los de germanio (Ge) es de 0,785 eV.

EJEMPLO DE SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO

La tensión aplicada en la figura forzará a los electrones libres a circular hacia la derecha (del terminal negativo de la pila al positivo) y a los huecos hacia la izquierda.

ESTRUCTURA Y CARACTERISTICA

Estructura cristalina de un semiconductor intrínseco, compuesta solamente por átomos de silicio (Si) que forman una celosía. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear así un cuerpo sólido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportará igual que si fuera un cuerpo aislante

Cada átomo de silicio (Si), ocupa siempre el centro de un cubo que posee otros 4 átomos de silicio en cuatro de sus vértices. Esta estructura cristalina obliga al átomo a estar rodeado por otros cuatro iguales, formándose los llamados enlaces covalentes, en los que participa cada electrón en dos átomos contiguos.

SEMICONDUCTORES DOPADOS

Los semiconductores dopados se obtienen artificialmente añadiendo impurezas a los semiconductores intrínsecos. Estos nuevos semiconductores se denominan DOPADOS.

Existen dos clase de semiconductores dopados: semiconductores N y semiconductores P.

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

CLASES DE SEMICONDUCTORES DOPADOS

Existen dos clases de semiconductores dopados: semiconductores N semiconductores P

SEMICONDUCTORES TIPO ‘N’

Un semiconductor N se obtiene añadiendo un pequeño número de átomos pentavalentes (con cinco electrones en su última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos átomos pueden ser de P, As o Sb. De los cinco electrones, cuatro realizan enlaces covalentes con los átomos del semiconductor intrínseco y el otro será libre. A temperatura ambiente los electrones libres de un semiconductor N provienen de los electrones sobrantes de las impurezas y de los electrones térmicos (o liberados por energía térmica). Así pues, un semiconductor tipo N posee más electrones libres que el correspondiente semiconductor intrínseco y por tanto la conductividad será mayor. También el número de electrones libres es mayor que el de huecos. La corriente eléctrica en el semiconductor N es también debida a electrones y huecos. Los

electrones son portadores mayoritarios y los huecos son portadores minoritarios.

EXTRINSECOS TIPO ‘N’

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 TIPO ‘P’Un semiconductor tipo P es el resultado de añadir un pequeño número de átomos trivalentes (con tres electrones en la última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos tres electrones formaran enlaces covalentes con los átomos del semiconductor intrínseco. Queda por lo tanto un electrón del semiconductor intrínseco sin emparejar para formar el enlace covalente. Esto es, habrá un hueco donde cabría un electrón. Los átomos que se añaden pueden ser de Al, B o Bi. En un semiconductor P existen, pues, huecos debidos a la falta de electrones para formar enlaces covalentes, electrones libres térmicos y sus correspondientes huecos. El número de huecos será por lo tanto mayor en un semiconductor dopado P que en el correspondientes semiconductor intrínseco. Al conectar un generador externo, los huecos se moverán hacia el polo negativo del generador y los electrones libres hacia el polo positivo. Los huecos serán los portadores mayoritarios y los electrones térmicos los portadores minoritarios.

EXTRINSECOS 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.

FUNCION DE DOPAJE

El dopaje es un proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas.Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente dopado que actúa más como un conductor que como un semiconductor es llamado degenerado.

CARACTERISTICASEn la actualidad el elemento más utilizado para fabricar semiconductores para el uso de la industria electrónica es el cristal de silicio (Si) por ser un componente relativamente barato de obtener. La materia prima empleada para fabricar cristales semiconductores de silicio es la arena, uno de los materiales más abundantes en la naturaleza. En su forma industrial primaria el cristal de silicio tiene la forma de una oblea de muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25 mm aproximadamente), pulida como un espejo.

A la izquierda se muestra una oblea o cristal semiconductor de Silicio pulida con brillo de espejo, destinada a la fabricación de transistores y circuitos. integrados. A la derecha aparece la cuarta parte de la oblea conteniendo cientos de minúsculos dados o “chips”, que se pueden obtener de cada una. Esos chips son los que después de pasar por un proceso tecnológico se convertirán en transistores o circuitos integrados. Luego serán desprendidos de la oblea y colocados dentro. de una cápsula protectora con sus conectores externos.

MECANISMO DE CONDUCCIÓN DE UN SEMICONDUCTOR

Cuando a un elemento semiconductor le aplicamos una diferencia de potencial o corriente eléctrica, se producen dos flujos contrapuestos: uno producido por el movimiento de electrones libres que saltan a la “banda de conducción” y otro por el movimiento de los huecos que quedan en la “banda de valencia” cuando los electrones saltan a la banda de conducción.

Cuando aplicamos una diferencial de potencial a un elemento semiconductor, se establece una corriente de electrones en un sentido y otra corriente de huecos en el sentido opuesto.

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