Semiconductores

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 crecienteLos semiconductores más conocidos son el siliceo (Si) y el germanio (Ge). Debido a que, como veremos más adelante, el comportamiento del siliceo es más estable que el germanio frente a todas las perturbaciones exteriores que puden 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.

SEMICONDUCTORES.

CARLOS A. QUISPE C.

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 electrónes pueden, según lo dicho anteriormente, quedar libres al inyectarles una pequeña energía. En estos recaerá nuestra atención y es así que en vez de utilizar el modelo completo del átomo de silicio (figura 1), utilizaremos la representación simplificada (figura 2) donde se resalta la zona de nuestro interés.

COMO SE PUEDE APRECIAR EN LA FIGURA, LOS ELECTRONES FACTIBLES DE SER LIBERADOS DE LA FUERZA DE ATRACCIÓN DEL NÚCLEO

SON CUATRO

La zona sombreada de la figura 2 representa de una manera simplificada a la zona sombreada de la figura 1

LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES, SEGÚN SU PUREZA, SE CLASIFICAN DE LA SIGUIENTE FORMA:

CLASIFICACIÒN:

INTRINCECOS.EXTRINCICOS.

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.

Como se puede observar 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.

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.

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.

Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio.

SEMICONDUCTOR TIPO N.

Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí).

Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese que cada átomo comparte cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos.

Sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga cinco electrones en su capa exterior, resulta que cuatro de esos electrones sirven para enlazarse con el resto de los átomos de la red y el quinto queda libre.

Semiconductor dopado tipo N.

A esta red de silicio "dopado" con esta clase de impurezas se le denomina "Silicio tipo N".

En esta situación hay mayor número de electrones que de huecos. Por ello a estos últimos se les denomina "portadores minoritarios" y "portadores mayoritarios" a los electrones

Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de dopado son el arsénico, el antimonio y el fósforo

Está claro que si a un semiconductor dopado se le aplica tensión en sus bornas, las posibilidades de que aparezca una corriente en el circuito son mayores a las del caso de la aplicación de la misma tensión sobre un semiconductor intrínseco o puro.

SEMICONDUCTOR TIPO P.Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí).

Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese que cada átomo comparte cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos.

Sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga tres electrones en su capa exterior, resulta que estos tres electrones llenarán los huecos que dejaron los electrones del átomo de silicio, pero como son cuatro, quedará un hueco por ocupar. Ósea que ahora la sustitución de un átomo por otros provoca la aparición de huecos en el cristal de silicio. Por tanto ahora los "portadores mayoritarios" serán los huecos y los electrones los portadores minoritarios.A esta red de silicio dopada con esta clase de impurezas se le denomina "silicio tipo P".

Semiconductor dopado tipo P.

OBSERVACIONES.

Los semiconductores dopados se representan indicando dentro de los mismos el tipo de portadores mayoritarios.

Semiconductor tipo N. Semiconductor tipo P.

No siempre el índice de dopado de un semiconductor es el mismo, puede ser que este "poco dopado", "muy dopado", etc.

OBSERVACIONES.

Es norma utilizar el signo (+) para indicar que un semiconductor está fuertemente dopado.

Semiconductor tipo N fuertemente dopado.

Semiconductor tipo P fuertemente dopado.

No siempre el índice de dopado de un semiconductor es el mismo, puede ser que este "poco dopado", "muy dopado", etc.

Todos los componentes electrónicos en estado sólido que veremos en adelante (transistores, diodos, tiristores) no son ni más y menos que un conjunto de semiconductores de ambos tipos ordenados de diferentes maneras.

http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asphttp://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_6.htm