Semiconductores Intrinsecos e Extrinsicos Utelesup - Fisica Electronica

1. Semiconductores
Intrínsecos

2. Bandas de energía de
semiconductores
Supongamos una red cristalina formada por átomos de silicio (o cualquier mezcla de las
mencionadas). Cuando los átomos están aislados, el orbital s (2 estados con dos electrones) y el
orbital p (6 estados con 2 electrones y cuatro vacantes) tendrán una cierta energía Es y Ep
respectivamente (punto A).
A medida que disminuye la distancia interatómica comienza a observarse la interacción mutua
entre los átomos, hasta que ambos orbitales llegan a formar, por la distorsión creada, un sistema
electrónico único. En este momento tenemos 8 orbitales híbridos sp3 con cuatro electrones y
cuatro vacantes (punto B).
Si se continua disminuyendo la distancia interatómica hasta la configuración del cristal, comienzan
a interferir los electrones de las capas internas de los átomos, formándose bandas de energía
(punto C).
Las tres bandas de valores que se pueden distinguir son:
• Banda de Valencia. 4 estados, con 4 electrones.
• Banda Prohibida. No puede haber electrones con esos valores de energía en el cristal.
• Banda de Conducción. 4 estados, sin electrones.

3. Semiconductor
Elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del
campo eléctrico en el que se encuentre. Los elementos químicos
semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla siguiente.

4. Definición
Se dice que 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.

5. Semiconductores intrínsecos
Cuando un semiconductor se
calienta los electrones de valencia
ganan energía de la red y pasan a
la banda de conducción , dejando
estados vacantes o huecos en la
banda de valencia.
Por lo tanto podemos afirmar que la
concentración de portadores
intrínsecos aumenta con la
temperatura.
También es necesario indicar que la
concentración depende de la
energía de la banda prohibida.

6. La conductividad
El estado vacante de un electrón puede considerarse como un hueco positivo
, el cual tiene movilidad, contrario al movimiento de los electrones

7. Concentración de Carga
Es un semiconductor intrínseco , en equilibrio térmico, la concentración
De electrones en la banda de conducción Ne es igual a la de los huecos en
La banda de valencia Nh es decir Ne= Nh

8. La energía de Fermi en los
semiconductores Intrínsecos
En los semiconductores intrínsecos la energía de Fermi (Ef) se ubica aproximadamente
entre la energía del mayor nivel de la banda de valencia (Ev)y la energía del menor nivel
de la banda de conducción (Ec). Teniendo en cuenta la función de Fermi Dirac, la
probabilidad de encontrar niveles de energía, ocupados en la banda de conducción, es
muy pequeña y la probabilidad de encontrar electrones en la banda de valencia es muy
alta. Como el ancho de la banda de energía prohibida es muy pequeña , entonces
muchos electrones se excitan térmicamente de la banda de valencia a la banda de
conducción la aplicación de un pequeño voltaje puede aumentar con facilidad la
temperatura de los electrones en la banda de conducción produciéndose una corriente
moderada . La conductividad de los semiconductores depende mucho de la temperatura
y se incrementa con esta. En contraste con la conductividad de los metales, que disminuye
con la temperatura.
Formula

9. Semiconductores
Extrínsecos

10. Definición
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 dia se han logrado
añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una
modificación del material.

11. Semiconductores extrínsecos tipo n
Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo
(As, P, Sb). Que sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco
electrones en la última capa, lo que hace que al formarse la estructura cristalina,
un electrón quede fuera de ningún enlace covalente, quedándose en un nivel
superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la temperatura, además
de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han unido.
Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de
huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las
impurezas se las llama donadoras.
En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy
elevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000
átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

12. Semiconductores extrínsecos de
tipo p:
En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In).
El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina,
dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda
de valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría.
Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando
huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

13. La energía de Fermi en los
semiconductores Extrínsecos
Para los semiconductores tipo N, la energía de Fermi se ubica muy cerca de la
banda de conducción, de acuerdo a la distribución de Fermi – Dac, significa
que existe una mayor probabilidad de encontrar electrones en la banda de
conducción que huecos en la banda de valencia

14. Diferencia entre un semiconductor
Intrínseco e Extrínseco
semiconductores intrínsecos: un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro, cuando
se le aplica una tensión externa los electrones libres fluyen hacia el terminal positivo de la
batería y los huecos hacia el terminal negativo de la batería.
semiconductor extrínseco: es aquel que se puede dopar parta tener un exceso de
electrones libres o un exceso de huecos. aquí encontraremos dos tipos de unión en el que es
la unión tipo p y la unión tipo n.
sucede que los semiconductores intrínsecos actúan como un aislante en el caso del silicio
cuando es un cristal puro, ahora cuando lo dopamos con impurezas se llega al material
extrínseco y en ese caso tendremos un material semiconductor por ejemplo un diodo.

15. Bibliografía
• http://www.youtube.com/watch?v=IMiuD-PNIts
• http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
• http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080718153722AAHFDSj
• Fisica Electronica – Libro Utelesup
• http://enciclopedia.us.es/index.php/Semiconductor
• http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html