Semiconductores

Tema 1: Teoría de Semiconductores

Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval1

INDICE

1. Semiconductor intrínseco

2. Conducción por huecos (h+) y electrones (e-)

3. Semiconductor extrínseco: material tipo N(MTN) y tipo P (MTP)

4. Deriva y difusión de portadores

5. La unión P-N: polarización inversa (PI) ypolarización directa (PD)

6. Comportamiento de la unión P-N en altasfrecuencias: Capacidad de Transición (Cj) yCapacidad de Difusión (Cdif).



GENERALIDADES

Tipos de materiales:A) ConductorB) AislanteC) Semiconductor

Tipos de semiconductores:A) Intrínseco: origen naturalB) Extrínseco: origen antropológico

Tipos de semiconductores extrínsecos:A) Tipo N: donante de e-

B) Tipo P: donante de h+

Corrientes en un semiconductor:A) Producida por e-

⊕ Corriente totalB) Producida por h+

Corrientes en la unión P-NA) Sin polarizar: deriva y difusiónB) Polarizada: PD y PI

Capacidades en la unión P-NA) Capacidad de transiciónB) Capacidad de difusión



SEMICONDUCTOR INTRINSECO• Materiales: Si, Ge, GaAs.• Estructura Si: retícula formada por enlaces

covalentes .

CONDUCCIÓN POR ELECTRONES• Electrón libre : generado al romperse un enlace

a una Tª>27ºC.• V à corriente de electrones

CONDUCCIÓN POR HUECOS• Hueco: generado a partir del e- libre, carga

positiva.



• Concentración de h+ y e- serán iguales: ni=pi• V à corriente de huecos

GENERACION Y RECOMBINACIÓN• Generación: de e- y h+ directamente

proporcional a la Tª.• Recombinación: los h+ serán ocupados por los

e- que pasen cerca. Aumenta con mayoresconcentraciones de e- y h+ à Tª

• Tiempo de vida (τ): tiempo que “viven” losportadores hasta que se recombinan.

• Ley de acción de masas: p * n = cte àSemiconductor intrínseco p=n à p*n = ni

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LA CONDUCTIVIDAD DE UN SEMICONDUCTORINTRINSECO AUMENTA CON LA TEMPERATURA



MATERIAL SEMICONDUCTOR TIPO N• Objetivo: aumentar la corriente• Añadir material pentavalente (DONANTE) à e-

sin dejar h+.

• V à I mayoritaria de e- (Portadoresmayoritarios) à I minoritaria de h+ (Portadoresminoritarios)

• El donante pasará a ser un ión positivo.• n = p + ND



MATERIAL SEMICONDUCTOR TIPO P• Objetivo: aumentar la corriente• Añadir material trivalente (ACEPTADOR) à

introduce h+.

• V à Imayoritaria de h+ (Portadores mayoritarios) à I minoritaria de e- (Portadoresminoritarios)

• El aceptador pasará a ser un ión negativo.• p = n + NA

DERIVA• Los portadores se mueven por agitación

térmica, al chocar salen despedidos endirecciones aleatorias.

• Campo E à obliga a los portadores a tomar unadirección y una velocidad à DERIVA

• La deriva es proporcional al E según unaconstante de movilidad diferente para e- y parah+.

Vn=-µnE Vp=µpE µn >µp



UNIÓN PN• Se forma al unir MTP con MTN• Aparece CORRIENTE DE DIFUSION à los h+ y

los e- pasarán al otro material con la intenciónde recombinarse.

• Quedan iones en las zonas más cercanas a launiónà Zona de deplexión (ZD)

• ZD à Campo E• E detiene el paso de portadores



• Queda una pequeña I de portadoresminoritarios (e- y h+) que se crean en la unióntérmicamente y son dirigidos por E.

UNION PN POLARIZADA INVERSAMENTE• V apoya el trabajo del campo E originado por

ZD.à Aumenta ZD al alejarse los portadores.• I de minoritarios independiente de V.

• Ecuación de Shockley:iD=IS[Exp (vD/nVT) –1]

• En PI vD<0 à iD=-Isà Corriente de Saturación

UNION PN POLARIZADA DIRECTAMENTE• V se opone al trabajo del campo E originado

por ZD.



• h+ cruza la unión cuando V supera a E, e iguale-.

• La I total se deberá al paso de e- al MTP y deh+ al MTN, mayoritaria de e- en MTN ymayoritaria de h+ en MTP.à Controlables pordopaje.

COMPORTAMIENTO EN ALTA FRECUENCIA• Capacidad de transicion: tiene lugar durante

la PI. Queda dos placas conductoras cargadascon polaridad inversa y una zona aislante. C noserá cte depende de V de forma no lineal

Cj= |dQ/dV|Capacidad para un valor concreto de unapequeña señal alterna, depende de lageometría del cristal, dopaje (proporcional).

• Capacidad de difusión: Unión PN con MTPmuy dopado, muchos se recombinan al cruzarpero muchos no quedándose acumuladosmientras haya PD.

Cdif=τpIDQ/VTVT =KT/q

Así, cuanto más carga pase (IDQ) y más tiempovivan en el otro lado (τp)mayor será laacumulación de carga.

• Ambas C son un problema en conmutación, yaque tendrán que deshacerse de esa cargacuando cambien de PD a PI.



Material Semiconductor Tipo N.........................5Material Semiconductor Tipo P .........................6Deriva ..........................................................6Unión Pn .......................................................7Union Pn Polarizada Inversamente ...................8Union Pn Polarizada Directamente....................8Comportamiento En Alta Frecuencia .................9

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