TEMA :

INTRODUCCION

Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica

inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen

aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento

más abundante en la naturaleza, después del oxígeno. Otros

semiconductores son el germanio y el selenio.

Los átomos de silicio tienen su orbital externo incompleto con sólo cuatro

electrones, denominados electrones de valencia. Estos átomos forman una

red cristalina, en la que cada átomo comparte sus cuatro electrones de

valencia con los cuatro átomos vecinos, formando enlaces covalentes. A

temperatura ambiente, algunos electrones de valencia absorben suficiente

energía calorífica para librarse del enlace covalente y moverse a través de

la red cristalina, convirtiéndose en electrones libres. Si a estos electrones,

que han roto el enlace covalente, se les somete al potencial eléctrico de

una pila, se dirigen al polo positivo.

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

En un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similara la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figurarepresentados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra atemperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energíanecesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondientehueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperaturaambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germaniorespectivamente.

Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electronespueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda deconducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A estefenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinadatemperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación seigualan, de modo que la concentración global de electrones y huecospermanece constante. Siendo "n" la concentración de electrones (cargasnegativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que:ni = n = psiendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de latemperatura y del tipo de elemento.Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27ºc):ni(Si) = 1.5 1010cm-3ni(Ge) = 1.73 1013cm-3

DENSIDAD DE ESTADOS

DEFINICIÓNLa densidad de estados es el número de estados electrónicos posibles porunidad de volumen y por unidad de energía.En un metal (los electrones son libres):

Puede considerarse como una función continua en EEstá expresión también será válida para un semiconductorcristalino (electrones quasi-libres, ligados a un potencial periódico)Para adaptarla, hemos de introducir EC, EV y m*

FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE FERMI-DIRAC

Los electrones son fermiones, i. e., partículas que cumplenel principio de exclusión de PauliAsí, vendrán gobernados por la estadística de Fermi:

f(E) es la probabilidad que un estado deenergía E esté ocupado, EF es el nivel deFermi, k es la constante de Boltzmann y T esla temperatura absoluta.

DENSIDAD DE PORTADORES

Densidad efectiva de estados de la banda de conducción

Densidad efectiva de estados de la banda de valencia

SEMICONDUCTORES DOPADOS

Existen dos clase de semiconductores dopados: semiconductores N ysemiconductores P.Un semiconductor N se obtiene añadiendo un pequeño número de átomospentavalentes (con cinco electrones en su última capa) a un semiconductorintrínseco. Estos átomos pueden ser de P, As o Sb. De los cinco electrones,cuatro realizan enlaces covalentes con los átomos del semiconductor intrínsecoy el otro será libre. A temperatura ambiente los electrones libres de unsemiconductor N provienen de los electrones sobrantes de las impurezas y delos electrones térmicos (o liberados por energía térmica). Así pues, unsemiconductor tipo N posee más electrones libres que el correspondientesemiconductor intrínseco y por tanto la conductividad será mayor. También elnúmero de electrones libres es mayor que el de huecos. La corriente eléctricaen el semiconductor N es también debida a electrones y huecos. Los electronesson portadores mayoritarios y los huecos son portadores minoritarios.

Un semiconductor tipo P es el resultado de añadir un pequeño número deátomos trivalentes (con tres electrones en la última capa) a un semiconductorintrínseco. Estos tres electrones formaran enlaces covalentes con los átomosdel semiconductor intrínseco. Queda por lo tanto un electrón delsemiconductor intrínseco sin emparejar para formar el enlace covalente. Estoes, habrá un hueco donde cabría un electrón.Los átomos que se añaden pueden ser de Al, B o Bi.

En un semiconductor P existen, pues, huecos debidos a la falta de electronespara formar enlaces covalentes, electrones libres térmicos y suscorrespondientes huecos. El número de huecos será por lo tanto mayor en unsemiconductor dopado P que en el correspondientes semiconductor intrínseco.Al conectar un generador externo, los huecos se moverán hacia el polonegativo del generador y los electrones libres hacia el polo positivo. Los huecosserán los portadores mayoritarios y los electrones térmicos los portadoresminoritarios.

UNIÓN PN: EL DIODO. APLICACIONES

Cuando se unen dos semiconductores dopados, P y N, aparece un fenómenointeresante: los electrones libres del semiconductor N que están cerca de launión saltan a los huecos del semiconductor P para completar los enlacescovalentes que faltaban. Por cada electrón que salta de N a P aparece unacarga negativa en la zona P (la carga del electrón que ha saltado) y aparece unacarga positiva en N (la del núcleo del átomo al que pertenecía el electrónfugado). Al cabo de un cierto tiempo la zona P, cerca de la unión, se quedacargada negativamente y la zona N cargada positivamente. Estas cargasproducen un campo eléctrico dirigido de N a P el cual se opone a que pasenmás electrones de N a P. Los electrones que han conseguido saltar a P semantienen cerca de la unión ya que son atraidos por los núcleos positivos de lazona N.

La unión de los dos semiconductores P y N se denomina diodo. Si se conecta ungenerador de continua a un diodo, ocurren fenómenos que tienen gran aplicación. Laconexión de un generador de continua a un diodo se denomina polarización deldiodo. La polarización de un diodo puede ser directa o inversa y el comportamientodel diodo depende de esta polarización.

• http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor• http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/introduccion.pdf• http://www.uv.es/~navasqui/Tecnologia/Tema3.pdf

BIBLIOGRAFÍA