Los semiconductores son elementos que pueden comportarse como conductores o aislantes dependiendo de factores como la temperatura o la radiación. Los semiconductores intrínsecos como el silicio tienen una pequeña separación entre las bandas de valencia y conducción, permitiendo que algunos electrones se muevan entre ellas y conduzcan electricidad a temperatura ambiente. Los semiconductores pueden doparse introduciendo impurezas que añadan portadores mayoritarios de carga, dando lugar a los semiconductores de tipo N con electrones extra o de tipo P con huecos extra.

1. SEMICONDUCTORES

2. Semiconductores
 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 la tabla
adjunta.

3. Semiconductores Intrínsecos
En un semiconductor intrínseco la separación entre la
banda de valencia y la de conducción es tan pequeña que
a la temperatura ambiente algunos electrones ocupan
niveles de energía de la banda de conducción. La
ocupación de estos niveles introduce portadores de carga
negativa en la banda superior y huecos positivos en la
inferior y como resultado, el sólido es conductor. Un
semiconductor, a la temperatura ambiente, presenta,
generalmente, una menor conductividad que un metal pues
existen pocos electrones y huecos positivos que actúan
como portadores. A medida que aumenta la temperatura
aumenta la población de los niveles en la banda de
conducción y el número de portadores se hace mucho
mayor, por lo que la conductividad eléctrica también
aumenta.
Semiconductor intrínseco

4. Semiconductores Intrínsecos
 El cristal de silicio es diferente de un aislante porque a
cualquier temperatura por encima del cero absoluto, existe
una probabilidad finita de que un electrón en la red sea
golpeado y sacado de su posición, dejando tras de sí una
deficiencia de electrones llamada "hueco".
 Si se aplica un voltaje, entonces tanto el electrón como el
hueco pueden contribuir a un pequeño flujo de corriente.
 La conductividad de un semiconductor puede ser modelada
en términos de la teoría de bandas de sólidos. El modelo
de banda de un semiconductor sugiere que, a temperaturas
ordinarias hay una posibilidad finita de que los electrones
pueden alcanzar la banda de conducción, y contribuir a la
conducción eléctrica.
 El término intrínseco aquí, distingue entre las propiedades
del silicio puro "intrínseco", y las propiedades radicalmente
diferentes del semiconductor dopado tipo n o tipo p.
Electrones y Huecos

5. Semiconductores Intrínsecos
 Los elementos semiconductores por excelencia son
el silicio y el germanio, aunque existen otros
elementos como el estaño, y compuestos como el
arseniuro de galio que se comportan como tales.
 Tomemos como ejemplo 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.
 A 0ºK 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.

6. Semiconductores Intrínsecos
 Si un electrón de valencia se convierte en electrón de conducción deja
una posición vacante, y si aplicamos un campo eléctrico al
semiconductor, este “hueco” puede ser ocupado por otro electrón de
valencia, que deja a su vez otro hueco. Este efecto es el de una carga
+e moviéndose en dirección del campo eléctrico. A este proceso le
llamamos „generación térmica de pares electrón-hueco‟.
 Paralelamente a este proceso se da el de „recombinación‟. Algunos
electrones de la banda de conducción pueden perder
energía(emitiéndola en forma de fotones, por ejemplo), y pasar a la de
valencia ocupando un nivel energético que estaba libre, o sea , “
recombinándose” con un hueco. A temperatura constante, se tendrá un
equilibrio entre estos dos procesos, con el mismo número de
electrones en la banda de conducción que el de huecos en la de
valencia.
 Este fenómeno de la conducción asociada a la formación de pares en
el semiconductor se denomina conducción intrínseca. Se cumple que p
= n = ni --> Donde p y n son las concentraciones de huecos y
electrones respectivamente, y ni es la concentración de portadores
intrínsecos.

7. Semiconductores Dopados
 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. A los semiconductores con dopajes
ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente
dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor, es llamado
degenerado.
 El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las
capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeña. Cuando se agregan un
pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1 cada 100.000.000 de átomos)
entonces se dice que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más
átomos (en el orden de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o
pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura N+ para material de tipo
N, o P+ para material de tipo P.

8. Semiconductores Dopados
 Si aplicamos una tensión al cristal de silicio, el positivo de la pila intentará atraer los
electrones y el negativo los huecos favoreciendo así la aparición de una corriente a
través del circuito.

9. Semiconductores Dopados
 Ahora bien, esta corriente que aparece es de muy pequeño valor, pues son pocos los electrones que
podemos arrancar de los enlaces entre los átomos de silicio. Para aumentar el valor de dicha
corriente tenemos dos posibilidades:
 Aplicar una tensión de valor superior
 Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el exterior
 La primera solución no es factible pues, aún aumentando mucho el valor de la tensión aplicada, la
corriente que aparece no es de suficiente valor. La solución elegida es la segunda.
 En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".
 El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos de otros elementos. A estos
últimos se les conoce con el nombre de impurezas. 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

10. Tipos de materiales dopantes
Tipo N
 Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas
que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados
a los mismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya
que "donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia
cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se ha
desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo
introducido al semiconductor es neutro, pero posee un
electrón no ligado, a diferencia de los átomos que conforman
la estructura original, por lo que la energía necesaria para
separarlo del átomo será menor que la necesitada para
romper una ligadura en el cristal de silicio (o del
semiconductor original). 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 siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo
(dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.
Dopaje de tipo N

11. Tipos de materiales dopantes
Tipo P
 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. Suelen ser de valencia
tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el
átomo introducido es neutro, por lo que no modificará la
neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene
tres electrones en su última capa de valencia, aparecerá una
ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de los átomos
próximos, generando finalmente más huecos que
electrones, por lo que los primeros serán los portadores
mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual que en
el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será
función directa de la cantidad de átomos de impurezas
introducidos.
 El siguiente es 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.
Dopaje de tipo P