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SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y
DOPADOS
LOS SEMICONDUCTORES
Los semiconductores presentan un diagrama debandas similar al de los sólidos aislantes perocon una separación entre las bandas devalencia y de conducción menor de 3.0 eV.
La característica principal de un semiconductores que su conductividad eléctrica aumenta conla temperatura.
A la temperatura ambiente, los semiconductorespresentan conductividades eléctricasintermedias entre la de los metales y la de losaislantes (generalmente del orden de 10-3 S cm-
1).
AISLANTES, SEMICONDUCTORES Y
CONDUCTORES
SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
Un semiconductor cristalino y sin impurezas ni defectos en su redse denomina intrínseco. A 0 K su BV está llena de electrones, suBC está vacía y su Eg < 2eV. A temperatura de 0 K es unaislante. Al crecer la temperatura la agitación térmica rompealgunos enlaces que quedan incompletos. Cada enlace roto creaun par de portadores, electrón y hueco. El semiconductor setransforma en un débil conductor.
Los electrones liberados suben a la BC y se mueven por toda lared cristalina. Los enlaces incompletos, con un solo electrón,denominados huecos, h+, se mueven en la BV en el sentido deque el enlace roto se va intercambiando entre enlaces de átomosadyacentes.
La energía requerida pasa romper un enlace o crear un parelectrón-hueco, como ya sabemos, es el ancho de la BP, Eg.
SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
Los semiconductores inorgánicos suelen adoptar estructura tetraédrica, con
cuatro enlaces covalentes (recuérdese la estructura del Si y del AsGa), fig. 1. Se
observa el movimiento de los portadores en presencia del campo eléctrico
creado entre las placas de un condensador de láminas paralelas.
SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
En un semiconductor intrínseco la separación entre la banda devalencia y la de conducción es tan pequeña que a la temperaturaambiente algunos electrones ocupan niveles de energía de labanda de conducción.
La ocupación de estos niveles introduce portadores de carganegativa en la banda superior y huecos positivos en la inferior ycomo resultado, el sólido es conductor.
Un semiconductor, a la temperatura ambiente, presenta,generalmente, una menor conductividad que un metal puesexisten pocos electrones y huecos positivos que actúan comoportadores.
A medida que aumenta la temperatura aumenta la población delos niveles en la banda de conducción y el número de portadoresse hace mucho mayor, por lo que la conductividad eléctricatambién aumenta.
SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
SEMICONDUCTORES DOPADOS
Independientemente de los portadores de origentérmico pueden existir en un cristal semiconductorelectrones y/o huecos generados por dopado.
Como es sabido, la estructura reticular de lossemiconductores intrínsecos usuales, es tal que cadaátomo es centro de un tetraedro, y se encuentraunido por enlaces covalentes a otros cuatro átomossituados en los vértices de dicho tetraedro.
Cada enlace está formado por un par de electrones ylos cuatro enlaces forman un octeto de electronesque rodean cada átomo.
SEMICONDUCTORES DOPADOS
SEMICONDUCTORES DOPADOS
“El dopado” consiste en la introducción controlada de impurezas en la red.
Se sustituye un elemento por otro que tenga:
Un electrón más de valencia que el sustituido, impureza donadora, que ionizada, genera un electrón móvil por la red.
Un electrón menos de valencia que el sustituido, impureza aceptora, que ionizada, genera un enlace incompleto móvil por la red, que es un portador virtual denominado hueco.
SEMICONDUCTORES DOPADOS
Cada impureza donadora genera un e- libre y se transforma en un ion
positivo fijo en la red, origina un semiconductor tipo-n, que:
* Conduce por electrones y su coeficiente de Hall es negativo, RH <0
* Los electrones son mayoritarios
* Los huecos son minoritarios
Cada impureza aceptora genera un h+ y se transforma en un ion
negativo fijo en la red, origina un semiconductor tipo-p, que:
* Conduce casi exclusivamente por huecos y el coeficiente de Hall es
positivo, RH > 0
* Los huecos son mayoritarios
* Los electrones son minoritarios
SEMICONDUCTORES DOPADOS
Para el Ge y el Si elementos del grupo IV,
con 4 electrones valencia, son impurezas:
Donadoras: P, As, Sb, elementos del grupo
V con 5 electrones valencia.
Aceptoras: B, Al, Ge, In, elementos del
grupo III con 3 electrones valencia.
SEMICONDUCTORES DOPADOS
SEMICONDUCTORES DOPADOS
