SEMICONDUCTORES

1. INTRODUCCIÓN:
Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad
eléctrica puede considerarse situada entre las de un aislante y la
de un conductor, considerados en orden creciente
Los semiconductores más conocidos son el siliceo (Si) y el
germanio (Ge). Debido a que, como veremos más adelante, el
comportamiento del siliceo es más estable que el germanio frente
a todas las perturbaciones exteriores que puden variar su
respuesta normal, será el primero (Si) el elemento semiconductor
más utilizado en la fabricación de los componentes electrónicos
de estado solido. A él nos referiremos normalmente, teniendo en
cuenta que el proceso del germanio es absolutamente similar.
SEMICONDUCTORES.
CARLOS A. QUISPE C.

2. INTRODUCCIÓN:
Como todos los demás, el átomo de silicio tiene tantas
cargas positivas en el núcleo, como electrones en las
órbitas que le rodean. (En el caso del silicio este
número es de 14). El interés del semiconductor se
centra en su capacidad de dar lugar a la aparición de
una corriente, es decir, que haya un movimiento de
electrones. Como es de todos conocido, un electrón se
siente más ligado al núcleo cuanto mayor sea su
cercanía entre ambos. Por tanto los electrones que
tienen menor fuerza de atracción por parte del núcleo y
pueden ser liberados de la misma, son los electrones
que se encuentran en las órbitas exteriores. Estos
electrónes pueden, según lo dicho anteriormente,
quedar libres al inyectarles una pequeña energía. En
estos recaerá nuestra atención y es así que en vez de
utilizar el modelo completo del átomo de silicio (figura
1), utilizaremos la representación simplificada (figura 2)
donde se resalta la zona de nuestro interés.

3. COMO SE PUEDE APRECIAR EN LA FIGURA, LOS ELECTRONES FACTIBLES DE SER LIBERADOS DE LA FUERZA DE ATRACCIÓN DEL NÚCLEO SON CUATRO
La zona sombreada de la figura 2 representa de una
manera simplificada a la zona sombreada de la figura 1

4. LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES, SEGÚN SU PUREZA, SE CLASIFICAN DE LA SIGUIENTE FORMA:
CLASIFICACIÒN:
INTRINCECOS.
EXTRINCICOS.

5. 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.

6. CUANDO SE ELEVA LA TEMPERATURA DE LA RED CRISTALINA DE UN ELEMENTO
SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO, ALGUNOS DE LOS ENLACES COVALENTES SE ROMPEN
Y VARIOS ELECTRONES PERTENECIENTES A LA BANDA DE VALENCIA SE LIBERAN DE LA
ATRACCIÓN QUE EJERCE EL NÚCLEO DEL ÁTOMO SOBRE LOS MISMOS. ESOS
ELECTRONES LIBRES SALTAN A LA BANDA DE CONDUCCIÓN Y ALLÍ FUNCIONAN COMO
“ELECTRONES DE CONDUCCIÓN”, PUDIÉNDOSE DESPLAZAR LIBREMENTE DE UN
ÁTOMO A OTRO DENTRO DE LA PROPIA ESTRUCTURA CRISTALINA, SIEMPRE QUE EL
ELEMENTO SEMICONDUCTOR SE ESTIMULE CON EL PASO DE UNA CORRIENTE
ELÉCTRICA.

7. Como se puede observar en la
ilustración, en el caso de los
semiconductores el espacio
correspondiente a la banda prohibida
es mucho más estrecho en
comparación con los materiales
aislantes. La energía de salto de
banda (Eg) requerida por los
electrones para saltar de la banda de
valencia a la de conducción es de 1
eV aproximadamente. En los
semiconductores de silicio (Si), la
energía de salto de banda requerida
por los electrones es de 1,21 eV,
mientras que en los de germanio
(Ge) es de 0,785 eV.

8. Estructura cristalina de un
semiconductor intrínseco,
compuesta solamente por átomos
de silicio (Si) que forman una
celosía. Como se puede observar
en la ilustración, los átomos de
silicio (que sólo poseen cuatro
electrones en la última órbita o
banda de valencia), se unen
formando enlaces covalente para
completar ocho electrones y crear
así un cuerpo sólido
semiconductor. En esas
condiciones el cristal de silicio se
comportará igual que si fuera un
cuerpo aislante.

9. SEMICONDUCTOR DOPADO.
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.
Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio.

10. SEMICONDUCTOR TIPO N.
Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí).
Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese
que cada átomo comparte cada uno de sus electrones
con otros cuatro átomos.

11. Sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su
capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga cinco electrones en
su capa exterior, resulta que cuatro de esos electrones sirven para enlazarse
con el resto de los átomos de la red y el quinto queda libre.

12. Semiconductor dopado tipo N.
A esta red de silicio "dopado" con esta clase de impurezas
se le denomina "Silicio tipo N".
En esta situación hay mayor número de electrones que de
huecos. Por ello a estos últimos se les denomina "portadores
minoritarios" y "portadores mayoritarios" a los electrones
Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de
dopado son el arsénico, el antimonio y el fósforo
Está claro que si a un semiconductor dopado se le aplica
tensión en sus bornas, las posibilidades de que aparezca una
corriente en el circuito son mayores a las del caso de la
aplicación de la misma tensión sobre un semiconductor
intrínseco o puro.

13. SEMICONDUCTOR TIPO P.
Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí).
Enlace covalente de átomos de
germanio, obsérvese que cada átomo
comparte cada uno de sus electrones con
otros cuatro átomos.

14. Sustituimos uno de sus átomos (que
como sabemos tiene 4 electrones en
su capa exterior) por un átomo de
otro elemento que
contenga tres electrones en su capa
exterior, resulta que estos tres
electrones llenarán los huecos que
dejaron los electrones del átomo de
silicio, pero como son cuatro,
quedará un hueco por ocupar. Ósea
que ahora la sustitución de un átomo
por otros provoca la aparición de
huecos en el cristal de silicio. Por
tanto ahora los "portadores
mayoritarios" serán los huecos y los
electrones los portadores
minoritarios.
A esta red de silicio dopada con esta
clase de impurezas se le denomina
"silicio tipo P".
Semiconductor dopado tipo P.

15. OBSERVACIONES.
Los semiconductores dopados se representan indicando dentro de los
mismos el tipo de portadores mayoritarios.
Semiconductor tipo N. Semiconductor tipo P.
No siempre el índice de dopado de un semiconductor es el mismo,
puede ser que este "poco dopado", "muy dopado", etc.

16. OBSERVACIONES.
Es norma utilizar el signo (+) para indicar que un semiconductor está
fuertemente dopado.
Semiconductor tipo N
fuertemente dopado.
Semiconductor tipo P
fuertemente dopado.
No siempre el índice de dopado de un semiconductor es el mismo,
puede ser que este "poco dopado", "muy dopado", etc.
Todos los componentes electrónicos en estado sólido que veremos en
adelante (transistores, diodos, tiristores) no son ni más y menos que un conjunto
de semiconductores de ambos tipos ordenados de diferentes maneras.
http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/dopado.asp
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_6.htm