Andrés CerrónGonzales

Física Electrónica

SEMICONDUCTORES

S e m i c o n d u c t o r e s u n e l e m e n t o q u e s e c o m p o r t a c o m o u n c o n d u c t o r o c o m o a i s l a n t e d e p e n d i e n d o d e d i v e r s o s f a c t o r e s , c o m o p o r e j e m p l o e l c a m p o e l é c t r i c o o m a g n é t i c o , l a p r e s i ó n , l a r a d i a c i ó n q u e l e i n c i d e , o l a t e m p e r a t u r a d e l a m b i e n t e e n e l q u e s e e n c u e n t r e . l o s e l e m e n t o s q u í m i c o s s e m i c o n d u c t o r e s d e l a t a b l a p e r i ó d i c a s e i n d i c a n e n l a t a b l a a d j u n t a .

http://www.modelscience.com/PeriodicTableSp.html

Semi conduct or es i n t r í nsecos

Los p r i nc i pa l es e l emen t os que r ep r es en t an p r op i edades s em i c onduc t o r as s on c omo e j emp l o e l s i l i c i o y e l ge r man i o que f o r ma una es t r uc t u r a t e t r aéd r i c a s i m i l a r a l a de l c a r bono med i an t e en l ac es c ov a l en t es en t r e s us á t omos . Cuando e l c r i s t a l s e enc uen t r a a t emper a t u r a amb i en t e a l gunos e l ec t r ones pueden abs o r be r l a ene r g í a nec es a r i a pa r a s a l t a r a l a banda de c onduc c i ón de j ando e l c o r r es pond i en t e hueco en l a banda de v a l enc i a ( 1 ) . Las ene r g í as r eque r i das , a t emper a t u r a amb i en t e , s on de 0 , 7 eV y 0 , 3 eV pa r a e l s i l i c i o y e l ge r man i o r es pec t i v amen t e .

Obv i amen t e e l p r oc es o i nv e r s o t amb i én s e p r oduc e , de modo que l os e l ec t r ones pueden c ae r , des de e l es t ado ene r gé t i c o c o r r es pond i en t e a l a banda de c onduc c i ón , a un huec o en l a banda de v a l enc i a l i be r ando ene r g í a . A es t e f enómeno s e l e denomi na r ec omb i nac i ón . Suc ede que , a una de t e r m i nada t emper a t u r a , l as v e l oc i dades de c r eac i ón de pa r es e - h , y de r ec omb i nac i ón s e i gua l an , de modo que l a c onc en t r ac i ón g l oba l de e l ec t r ones y huec os pe r manec e i nv a r i ab l e . S i endo " n " l a c onc en t r ac i ón de e l ec t r ones ( c a r gas nega t i v as ) y " p " l a c onc en t r ac i ón de huec os ( c a r gas pos i t i v as ) , s e c ump l e que :

n i = n= ps i endo n i l a concent r ac i ón i n t r í nseca de l s em i c onduc t o r, f unc i ón ex c l us i v a de l a t emper a t u r a y de l t i po de e l emen t o .

E j emp l os de v a l o r es de n i a t emper a t u r a amb i en t e ( 25 º c ) :

n i ( S i ) = 1 . 5 10 1 0 c m - 3 n i ( Ge ) = 2 . 5 10 1 3 c m - 3 Los e l ec t r ones y l os huec os r ec i ben e l nombr e de por t ador es . En l os s em i c onduc t o r es , ambos t i pos de po r t ado r es c on t r i buy en a l pas o de l a c o r r i en t e e l éc t r i c a . S i s e s ome t e e l c r i s t a l a una d i f e r enc i a de po t enc i a l s e p r oduc en dos c o r r i en t es e l éc t r i c as . Po r un l ado l a deb i da a l mov i m i en t o de l os e l ec t r ones l i b r es de l a banda de c onduc c i ón , y po r o t r o , l a deb i da a l des p l az am i en t o de l os e l ec t r ones en l a banda de v a l enc i a , que t ende r án a s a l t a r a l os huec os p r óx i mos , o r i g i nando una cor r i en t e de huecos c on 4 c apas i dea l es y en l a d i r ec c i ón c on t r a r i a a l c ampo e l éc t r i c o c uy a v e l oc i dad y magn i t ud es muy i n f e r i o r a l a de l a banda de c onduc c i ón .

TIPOS DE SEMICONDUCTORES

Semiconductores ex tr ínsecos Si a un semiconduc to r in t r ínseco , como e l an te r io r, se le añade un pequeño porcen ta je de

impurezas , es dec i r, e lemen tos t r i va len tes o pen tava len tes , e l semiconduc to r se denomina ex t r ínseco , y se d ice que es tá dopado . Ev iden temente , las impurezas deberán fo rmar pa r te de la es t ruc tu ra c r i s ta l ina sus t i tuyendo a l co r respond ien te á tomo de s i l i c io . Hoy en d ía se han log rado añad i r impurezas de una pa r te po r cada 10 mi l lones , log rando con e l lo una mod i f i cac ión de l ma te r ia l .

Semiconductor t ipo N Un Semiconductor t ipo N se ob t iene l l evando a cabo un p roceso de dopado añad iendo un

c ie r to t ipo de á tomos a l semiconduc to r pa ra poder aumenta r e l número de po r tadores de ca rga l ib res (en es te caso nega t i vos o e lec t rones) .

Cuando se añade e l ma te r ia l dopan te apor ta sus e lec t rones más déb i lmen te v incu lados a los á tomos de l semiconduc to r. Es te t ipo de agen te dopan te es tamb ién conoc ido como mate r ia l donan te ya que da a lgunos de sus e lec t rones .

TIPOS DE SEMICONDUCTORES

DOPAJE TIPO N

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_amplificadores/semiconductores/semiconductores.html

El p ropós i to de l dopa je t ipo n es e l de p roduc i r abundanc ia de e lec t rones po r tadores en e l ma te r ia l . Pa ra ayudar a en tender cómo se p roduce e l dopa je t ipo n cons idé rese e l caso de l s i l i c io (S i ) . Los á tomos de l s i l i c io t ienen una va lenc ia a tómica de cua t ro , po r lo que se fo rma un en lace cova len te con cada uno de los á tomos de s i l i c io adyacen tes . S i un á tomo con c inco e lec t rones de va lenc ia , ta les como los de l g rupo 15 de la tab la pe r iód ica (e j . f ós fo ro (P ) , a rsén ico (As) o an t imon io (Sb ) ) , se inco rpora a la red c r i s ta l ina en e l luga r de un á tomo de s i l i c io , en tonces ese á tomo tendrá cua t ro en laces cova len tes y un e lec t rón no en lazado . Es te e lec t rón ex t ra da como resu l tado la fo rmac ión de "e lec t rones l ib res" , e l número de e lec t rones en e l ma te r ia l supera amp l iamen te e l número de huecos , en ese caso los e lec t rones son los por tadores mayor i ta r ios y los huecos son los por tadores minor i ta r ios . A causa de que los á tomos con c inco e lec t rones de va lenc ia t ienen un e lec t rón ex t ra que "da r " , son l lamados á tomos donadores . Nó tese que cada e lec t rón l ib re en e l semiconduc to r nunca es tá le jos de un ion dopan te pos i t i vo inmóv i l , y e l ma te r ia l dopado t ipo N genera lmen te t iene una ca rga e léc t r i ca ne ta f ina l de ce ro .

TIPOS DE SEMICONDUCTORES

Semiconductor t ipo P

Un Semiconductor t ipo P se ob t iene l levando a cabo un p roceso de dopado, añad iendo un c ie r to t ipo de á tomos a l semiconduc to r para poder aumentar e l número de por tadores de carga l ib res (en es te caso pos i t i vos o huecos) .

Cuando se añade e l mater ia l dopante l ibera los e lec t rones más déb i lmente v incu lados de los á tomos de l semiconduc to r. Es te agente dopante es también conoc ido como mate r ia l acep tor y los á tomos de l semiconduc to r que han perd ido un e lec t rón son conoc idos como huecos .

El p ropós i to de l dopa je t ipo P es e l de c rear abundanc ia de huecos . En e l caso de l s i l i c io , un á tomo te t rava len te ( t íp icamente de l g rupo 14 de la tab la per iód ica ) se le une un á tomo con t res e lec t rones de va lenc ia , ta les como los de l g rupo 13 de la tab la per iód ica (e j . A l , Ga , B , In ) , y se incorpora a la red c r is ta l ina en e l lugar de un á tomo de s i l i c io , en tonces ese á tomo tendrá t res en laces cova len tes y un hueco p roduc ido que se encont ra rá en cond ic ión de aceptar un e lec t rón l ib re .

Así los dopantes c rean los "huecos" . No obs tan te , cuando cada hueco se ha desp lazado por la red , un p ro tón de l á tomo s i tuado en la pos ic ión de l hueco se ve "expues to" y en b reve se ve equ i l ib rado como una c ie r ta carga pos i t i va . Cuando un número su f ic ien te de aceptores son añad idos , los huecos superan ampl iamente la exc i tac ión té rmica de los e lec t rones . As í , los huecos son los por tadores mayor i ta r ios , m ien t ras que los e lec t rones son los por tadores minor i ta r ios en los mater ia les t ipo P. Los d iamantes azu les ( t ipo I Ib ) , que con t ienen impurezas de boro (B) , son un e jemplo de un semiconduc to r t ipo P que se p roduce de manera na tu ra l .

TIPOS DE SEMICONDUCTORES

Dopaje en conductores orgánicos

Ar t í cu lo p r inc ipa l : Po l ímero conduc to r. Los po l ímeros conduc to res pueden se r dopados a l ag regar reac t i vos qu ímicos que ox iden

(o a lgunas veces reduzcan) e l s i s tema, pa ra ceder e lec t rones a las ó rb i tas conduc to ras den t ro de un s is tema po tenc ia lmen te conduc to r.

Ex is ten dos fo rmas p r inc ipa les de dopar un po l ímero conduc to r, ambas med ian te un p roceso de reducc ión -ox idac ión . En e l p r imer método , dopado qu ímico , se expone un po l ímero , como la me lan ina ( t íp icamente una pe l í cu la de lgada) , a un ox idan te ( t í p icamente yodo o b romo) o a un agen te reduc to r ( t í p icamente se u t i l i zan me ta les a lca l inos , aunque es ta expos ic ión es bas tan te menos común) . E l segundo método es e l dopa je e lec t roqu ímico , en la cua l un e lec t rodo de t raba jo , reves t ido con un po l ímero , es suspend ido en una so luc ión e lec t ro l í t i ca , en la cua l e l po l ímero es inso lub le , jun to a l e lec t rodo opues to , separados ambos . Se c rea una d i fe renc ia de po tenc ia l e léc t r i co en t re los e lec t rodos , la cua l hace que una ca rga (y su co r respond ien te ion de l e lec t ro l i t o ) en t ren en e l po l ímero en la fo rma de e lec t rones ag regados (dopa je t ipo N) o sa lgan de l po l ímero (dopa je t ipo P ) , según la po la r i zac ión u t i l i zada .

La razón po r la cua l e l dopa je t ipo N es mucho menos común es que la a tmós fe ra de la t ie r ra , la cua l es r i ca en ox ígeno , c rea un amb ien te ox idan te . Un po l ímero t ipo N r i co en e lec t rones reacc ionar ía inmed ia tamente con e l ox ígeno amb ien ta l y se desdopar ía (o reox ida r ía ) nuevamente e l po l ímero , vo lv iendo a su es tado na tu ra l .

DOPAJE (SEMICONDUCTORES)

DOPAJE TIPO P

http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)