2. SEMICONDUCTORES
Es un elemento que funciona como un
conductor o como un aislante
dependiendo de algunos factores, como el
campo eléctrico o magnético, la
radiación, la presión o la temperatura del
ambiente en el que se encuentre. 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:
3. SEMICONDUCTORES
Lugar que ocupan en la Tabla
Periódica los trece elementos con.
características de
semiconductores, identificados con
su correspondiente. número
atómico y grupo al
que pertenecen.
Los que aparecen con fondo.
gris corresponden a “metales”, los
de fondo verde a “metaloides” y los
de. fondo azul a “no metales”.
4. TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES
Número
Atómico
Nombre del
Elemento
Grupo en la
Tabla
Periódica
Categoría
Electrones en
la última
órbita
Números de
valencia
48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2
5 B (Boro)
IIIa
Metaloide 3 e- +3
13 Al (Aluminio)
Metal31 Ga (Galio)
49 In (Indio)
14 Si (Silicio)
IVa Metaloide
4 e- +4
32 Ge (Germanio)
15 P (Fósforo)
Va
No metal 5 e- +3, -3, +5
33 As (Arsénico)
Metaloide
51 Sb (Antimonio)
16 S (Azufre)
VIa
No metal
6 e- +2, -2 +4, +6
34 Se (Selenio)
52 Te (Telurio) Metaloide
5. TIPOS DE SEMICONDUCTORES
Se pueden clasificar en dos tipos:
Semiconductores intrínsecos: son los que poseen
una conductividad eléctrica fácilmente controlable y,
al combinarlos de forma correcta, pueden actuar como
interruptores, amplificadores o dispositivos de
almacenamiento.
Semiconductores extrínsecos: se forman al agregar
a un semiconductor intrínseco sustancias dopantes o
impurezas, su conductividad dependerá de la
concentración de esos átomos dopantes.
6. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
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.
Los semiconductores, como el silicio y el germanio, se
caracterizan por tener cuatro electrones de valencia. En la
figura 1, se observa su estructura atómica. Estos electrones
forman enlaces covalentes con los electrones de valencia de
los átomos vecinos (comparten sus electrones), formando un
patrón tridimensional llamado red cristalina o cristal.
7. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Los cristales semiconductores puros son raramente empleados en
electrónica debido a que, en su estado natural, poseen muy pocos
electrones libres y necesitan de muy altas cantidades de energía
para transportar corrientes significativas; dichos cristales puros,
reciben el nombre de semiconductores intrínsecos. En la Figura 2,
se observa la estructura cristalina del Silicio.
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.
9. 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.
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
10. 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
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
11. SEMICONDUCTORES DOPADOS
Los materiales semiconductores utilizados en la fabricación
de diodos, transistores, circuitos integrados, contienen
cantidades muy pequeñas, pero controladas, de impurezas
llamadas dopantes que son las que determinan sus
características eléctricas. Este tipo de semiconductores se
denominan semiconductores extrínsecos. Dopar un
semiconductor significa inyectarle átomos de otros
elementos. Al hacer esto, se pretende que cuando se formen
los enlaces entre los electrones de valencia queden electrones
sin enlazarlo, por el contrario, queden faltando electrones
para completar los enlaces. Para ello, deben inyectarse
átomos de elementos que tengan cinco electrones de
valencia(denominados pentavalentes) o átomos de elementos
que tengan solo tres electrones de valencia (denominados
trivalentes)
12. TIPOS DE SEMICONDUCTORES
DOPADOS
Un semiconductor se puede dopar para que tenga un exceso de electrones libres o
un exceso de huecos. Debido a ello, existen dos tipos de semiconductores
dopados.
Semiconductor tipo N:
El silicio que ha sido dopado con una impureza pentavalente se llama
semiconductor tipo n. Como los electrones superan a los huecos en un
semiconductor tipo n, reciben el nombre de portadores mayoritarios, mientras que
a los huecos se les denomina portadores minoritarios. Ver la figura 3.
Los principales materiales usados como dopantes son: El Antimonio, el Arsénico y
el fósforo.
Semiconductor tipo P:
El silicio que ha sido dopado con impurezas trivalentes se llama semicon-ductor
tipo p, donde p hace referencia a positivo. La Figura 4 repre-senta un
semiconductor tipo p. Como el número de huecos supera el número de electrones
libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones libres son los
minoritarios.
El electrón faltante produce un hueco el cual se comporta como una carga positiva
libre, capaz de atraer un electrón externo. Por lo tanto, un semiconductor tipo P, es
un aceptor de electrones. Los principlaes elementos utilizados como impurezas
aceptoras son el Aluminio, el boro, el indio y el galio.
