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- 1. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y DOPADOS INGENIERÍA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA IV CICLO PRESENTADO POR: RAFAEL SANZ PINO
- 2. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y EXTRINSECOS O DOPADOS Introducción Densidad de portadores en semiconductores intrínsecos Semiconductores intrínsecos Semiconductores extrínsecos: tipo p y tipo n Densidad de portadores en semiconductores extrínsecos Nivel de Fermi en semiconductores extrínsecos
- 3. INTRODUCCION Objetivo Calcular la densidad de portadores en semiconductores puros y poco dopados Motivo Poder determinaran los comportamientos característicos tensión/corriente de los dispositivos Esquema Densidad de estados X Probabilidad de ocupación Densidad de portadores Concepto: Equilibrio térmico Es el estado en que un proceso es acompañado por otro, igual y opuesto (estado dinámico), mientras que el sistema se mantiene a la misma temperatura, sin intercambios de energía con el exterior.
- 4. DENSIDAD DE PORTADORES Semiconductor Nc (cm exponente -3) Nv (cm exponente -3 Eg (eV) Si 3.22 x 10 exponente 19 1.83 x 10 exponente 19 1.12 Ge 1.03 x 10 exponente 19 5.35 x 10 exponente 18 0.66 GaAs 4.21 x 10 exponente 17 9.52 x 10 exponente 18 1.42
- 6. CRISTAL SEMI CONDUCTOR INTRÍNSECO A simple vista es imposible que un semiconductor permita el movimiento de electrones a través de sus bandas de energía. Al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar libre , para moverse en la estructura cristalina. El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia positiva) en la estructura cristalina. De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el elcetrón libre (e-), pero también hay un segundo tipo de portador: el hueco (h+)
- 7. MODELO DE BANDAS DE EERGÍA: CONDUCCIÓN INTRÍNSECA Estructura de un metal:
- 8. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y EXTRÍNSECOS Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas. En él se cumple: En la práctica nos interesa controlar la concentración de portadores en un semiconductor (n o p). De este modo se pueden modificar las propiedades eléctricas: conductividad Para ello se procede al proceso de DOPADO: Un pequeño porcentaje de átomos del SC intrínseco se sustituye por átomos de otro elemento (impurezas o dopantes). Estas impurezas sustituyen a los átomos de Silicio en el cristal formando enlaces. De este modo podemos Favorecer la aparición de electrones (Semiconductores Tipo N: donde n > p) Favorecer la aparición de huecos (Semiconductores Tipo P: donde p>n)
- 9. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de portadores de carga libres. Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semiconductores dopados. En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n. Para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y tipo p los de la III
- 10. SEMICONDUCTORES TIPO N En general, los elementos de la columna V convierten al Si en tipo n. Estos elementos tienen cinco electrones de valencia en su última capa y se les llama impurezas dadoras.
- 11. SEMICONDUCTORES TIPO P En general, los elementos de la columna III convierten al Si en tipo p. Estos elementos tienen tres electrones de valencia en su última capa y se les llama impurezas aceptoras.
- 12. DENSIDAD DE PORTADORES EN SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS En los semiconductores tipo n, los electrones son los portadores mayoritarios. En los semiconductores tipo p, los huecos son los portadores mayoritarios. La ley de acción de masas se cumple para semiconductores extrínsecos, en equilibrio térmico
- 13. NIVEL DE FERMI EN SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS