Presentacion sobre el tema de los Semiconductores Intrínsecos y los Semiconductores Dopados.

1. UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP
INGENIERÍA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA
ASIGNATURA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA
SEMICONDUCTORES INTRÍSECOS Y
SEMICONDUCTORES DOPADOS
ALUMNO:
GUTIERREZ TORRES, Marco Antonio

2. Todos los cuerpos o elementos químicos existentes en la naturaleza poseen
características diferentes, agrupadas todas en la denominada “Tabla de Elementos
Químicos”. Desde el punto de vista eléctrico, todos los cuerpos simples o compuestos
formados por esos elementos se pueden dividir en tres amplias categorías:
• Conductores: Conductores son todos aquellos materiales o elementos que permiten
que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Los
elementos conductores tienen facilidad para permitir el movimiento de cargas y sus
átomos se caracterizan por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos
con facilidad, por lo tanto son materiales que conducen la electricidad.
• Aislantes: Los cuerpos aislantes son aquellos que no permiten el paso e
intercambio de electrones periféricos, siendo sus átomos normalmente estables, por
lo tanto no dejan pasar la corriente eléctrica a través de ellos.
• Semiconductores: Los semiconductores son materiales cuya conductividad varía
con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o como aislantes.
Resulta que se desean variaciones de la conductividad no con la temperatura sino
controlables eléctricamente por el hombre. En esta presentación nos ocuparemos
de éstos últimos elementos.

3. Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio
(Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias
entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una
cosa, ni la otra.
DEFINICIÓN: Un semiconductor es un elemento
que se comporta como un conductor o
como aislante dependiendo de diversos
factores, como por ejemplo el campo eléctrico o
magnético, la presión, la radiación que le incide, o
la temperatura del ambiente en el que se
encuentre.
Los
elementos
químicos
semiconductores de la tabla periódica se indican
en laelemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo
El tabla adjunta.
el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las
combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 14
y 15 respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd).
Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La
característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el
silicio una configuración electrónica s²p².

4. Se dice que un semiconductor es “intrínseco”
cuando se encuentra en estado puro, ósea, 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.
El silicio en su modelo bidimensional, vemos como cada átomo de silicio se rodea de
sus 4 vecinos próximos con lo que comparte sus electrones de valencia.

5. A 0 K, todos los electrones hacen su papel
de
enlace
y
tienen
energías
correspondientes a la banda de valencia.
Esta banda estará completa, mientras que la
de conducción permanecerá vacía. Es
cuando hablamos de que el conductor es un
aislante perfecto.
0 °K
Si
Si
Si
300ºK
Si
+ Si
Si
Si
Si
Si
Electrón
MODELO DE BANDAS DE ENERGÍA: CONDUCCIÓN INTRÍNSECA
Hueco
En un semiconductor perfecto, las concentraciones de electrones(n) en
la banda de conducción y de huecos(p) en la banda de valencia son
iguales (por unidad de volumen); así como la concentración intrínseca
de portadores.

6. FLUJO ESTABLE DE ELECTRONES LIBRES Y HUECOS DENTRO DEL
SEMICONDUCTOR
Cuando los electrones libres llegan la extremo derecho del cristal, entran al
conductor externo (normalmente un hilo de cobre) y circulan hacia el terminal
positivo de la batería. Por otro lado, los electrones libres en el terminal negativo
de la batería fluirían hacia el extremos izquierdo del cristal. Así entran en el
cristal y se recombinan con los huecos que llegan al extremo izquierdo del
cristal. Se produce un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del
semiconductor.

7. Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño
porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el
semiconductor 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 día se han logrado
añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una
modificación del material.
IMPUREZAS: Se llama así a la sustancia o conjunto de sustancias extrañas
a un cuerpo o materia que están mezcladas con él y alteran, en algunos
casos, alguna de sus cualidades.
Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro
o intrínseco aparecen dos clases de semiconductores.
• Semiconductor tipo P
• Semiconductor tipo N

8. Un Semiconductor tipo N se obtiene
llevando
a
cabo
un
proceso
de dopado añadiendo un cierto tipo de
átomos al semiconductor para poder
aumentar el número de portadores de
carga libres (en este caso negativos
o electrones). Para esto se añaden
impurezas
de
valencia
5
(Arsénico, Antimonio, Fósforo). Tenemos
un cristal de Silicio dopado con átomos
de valencia 5. Los átomo de valencia 5
tienen un electrón de más, así con una
temperatura no muy elevada (a
temperatura ambiente por ejemplo), el 5º
electrón se hace electrón libre. Esto
es, como solo se pueden tener 8
electrones en la órbita de valencia, el
átomo pentavalente suelta un electrón que
será libre.

9. Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los primeros serán
los portadores mayoritarios y los últimos los minoritarios. La cantidad de
portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de
impurezas introducidos.
El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones
portadores en el material. Para ayudar a entender cómo se produce
el dopaje tipo n considérese el caso del silicio (Si). Los átomos del silicio
tienen una valencia atómica de cuatro, por lo que se forma un enlace
covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes, como se muestra
en la siguiente figura:

10. Se llama así al material que tiene átomos de
impurezas que permiten la formación de
huecos sin que aparezcan electrones
asociados a los mismos, como ocurre al
romperse una ligadura. Los átomos de este
tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o
toman un electrón. Para esto, se añaden
impurezas
de
valencia
3
(Aluminio, Boro, Galio). Tenemos un
cristal de Silicio dopado con átomos de
valencia 3.
Los átomo de valencia 3 tienen un electrón
de menos, entonces como nos falta un
electrón tenemos un hueco. Esto es, ese
átomo trivalente tiene 7 electrones en la
orbita de valencia. Al átomo de valencia 3
se le llama "átomo trivalente" o "Aceptor".

11. El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso
del silicio, un átomo tetravalente (típicamente del grupo 14 de la tabla
periódica) se le une un átomo con tres electrones de valencia, tales como los del
grupo 13 de la tabla periódica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red
cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá tres
enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrara en condición de
aceptar un electrón libre.
Para los semiconductores del Grupo IV
como Silicio, Germanio y Carburo de
silicio, los dopantes más comunes son
elementos del Grupo III o del Grupo V.
Boro,
Arsénico,
Fósforo,
y
ocasionalmente Galio, son utilizados
para dopar al Silicio.
El gráfico muestra un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En
el caso del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco de
electrón. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la
cantidad de átomos de impurezas introducidos

12. A modo de conclusión:
 La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos de portadores de
carga: HUECOS y ELECTRONES
 La temperatura afecta fuertemente a las propiedades eléctricas de los
semiconductores.
mayor
temperatura
más portadores de
carga
menor
resistencia
 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
 En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al 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.

13. FUENTES CONSULTADAS:
http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/introduccion.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm
http://enciclopedia.us.es/index.php/Semiconductor
http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)
http://ecotecnologias.wordpress.com/tag/celdas-solares/