Los semiconductores intrinsecos y los semi conductores dopados
Semiconductores intrisecos y dopados
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SEMICONDUCTORES
EXTRINSECOS Y
SEMICONDUCTORES
DOPADOS
POR: GLENY CONDORI
CARLOS
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¿Qué es un semi conductor?
Un semiconductor es un elemento con
valencia igual a cuatro. El numero de
electrones en la orbita de valencia es
clave para la conductividad eléctrica.
Los conductores poseen un electrón de
valencia, los semiconductores tienen
cuatro electrones de valencia y los
aislantes ocho electrones de valencia.
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Características generales de los semi- conductores Para temperaturas muy bajas, tienen una resistencia
comparable con la de los cuerpos aislantes. Para temperaturas relativamente altas tienen una resistencia
comparable a la de los cuerpos semiconductores. También el estado de pureza de un cuerpo semiconductor
influye en su resistencia.
En estado puro tienen una resistencia comparable a las de los materiales aislantes.
Cuando contienen algunas impurezas (distintas para cada cuerpo semiconductor) su resistencia puede llegar a ser como la de un conductor.
Su comportamiento eléctrico depende esencialmente de su estructura atómica.
Una característica fundamental de los semiconductores es de poseer 4 electrones en su orbita.
Los elementos como el silicio (Si) y el germanio (Ge) agrupan sus átomos formando una estructura reticular.
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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:
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‟.
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FLUJO DE ELECTRONES LIBRES La figura de la parte
derecha muestra parte de un cristal de silicio entre placas metálicas cargadas. Supóngase que la energía térmica ha producido un electrón libre y un hueco. El electrón libre se halla en una orbita grande en el extremo derecho del cristal. Debido a la placa cargada negativamente a la siguiente hasta alcanzar la placa positiva
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FLUJO DE HUECOS
Obsérvese el hueco a la izquierda de la figura anterior. Este hueco atrae el electrón de valencia al punto A. esto hace que el electrón de valencia se mueva hacia el hueco. Esta acción no es la mima que la recombinación, en la cual un electrón libre cae en un hueco. En vez de un electrón libre, se tiene un electrón de valencia moviéndose hacia un hueco..
Cuando el electrón de valencia en el punto a se mueve hacia la izquierda, crea un nuevo hueco e l punto A. El efecto es el mismo que si el hueco original se desplazara hacia la derecha. El nuevo hueco en el punto a puede atraer y capturar otros electrón de valencia. En esta forma, los electrones de valencia pueden desplazarse a lo largo de la trayectoria indicada por las flechas. Esto quiere decir que el hueco se pueda mover en el sentido opuesto, a lo largo de la trayectoria A—B-C-D-E-F
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DOS TIPOS DE FLUJO La siguiente figura muestra un semiconductor intrínseco. Obsérvese que el
mismo numero de electrones libres que de huecos. Esto se debe a que la energía térmica produce los electrones libres y huecos por pares. El voltaje aplicado forzara a los electrones libres a circular hacia la izquierda, y a los huecos hacia la derecha. Cuando los electrones libres llegan al extremo izquierdo del cristal, interna al conductor externo y circulan hacia la terminal positiva de la batería. Por otra parten los electrones libres en la terminal negativa de la batería fluirán hacia el extremo derecho del cristal. En este punto, entran al cristal y se re combinan con los huecos que llegan al extremo derecho del cristal. En esta forma, hay un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del semiconductor.
En la figura los electrones libres y los huecos se mueven en direcciones opuestas. En lo sucesivo visualizaremos la corriente en un semiconductor como el efecto combinado de los dos tipos de flujo: el de los electrones libres en una dirección y el delos huecos en la dirección opuesta. Los electrones libres y los huecos reciben a menudo la denominación común de portadores debido a que transportan la carga de un lugar a otro
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SEMICONDUCTORES DOPADOS O EXTRINSECOS
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.
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Semiconductores tipo N Si los átomos añadidos tienen cinco
electrones en su última capa el semiconductor se denomina de tipo N, por ser potencialmente más negativo que uno sin dopar. En este tipo de materiales tenemos un quinto electrón que no se recombina con los demás y que, por tanto, está libre y vaga por el elemento produciendo corriente. Para hacerse una idea de las cantidades que entran en juego en esto del dopaje se podría decir que se introduce un átomo extraño por cada doscientos millones de átomos del semiconductor.
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Semiconductores tipo P Cuando al dopar introducimos átomos
con tres electrones de valencia en unelemento de átomos con cuatroestamos formando unsemiconductor tipo P, viniendo sunombre del exceso decarga aparentemente positiva (porquelos átomos siguen siendoneutros, debido a que tienen igualnúmero de electrones que deprotones) que tienen estos elementos.Estos átomos "extraños" que hemosañadido se recombinan con el restopero nos queda un hueco libre queproduce atracción sobre los electronesque circulan por nuestro elemento.También se produce una circulación deestos huecos colaborando en lacorriente.
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DENSIDAD DE PORTADORES EN
SEMICONDUCTORES EXTRINSECO
En los semiconductores tipo
n, los electrones son los
portadores mayoritarios.
En los semiconductores tipo
p, los huecos son los
portadores mayoritarios.
La ley de acción de masas se
cumple para semiconductores
extrínsecos, en equilibrio
térmico
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Cómo circula la corriente en los
semiconductores extrínsecos
Sometiendo a un semiconductor extrínseco a una diferencia de potencial se produce en él una circulación de portadores más importante que en el semiconductor intrínseco, a consecuencia del mayor número de portadores libres.
Si a un semiconductor del tipo N se le aplica una tensión entre sus extremos se produce un gran movimiento de electrones (portadores mayoritarios) hacia el borne
positivo, mientras que los huecos, al existir en tan escaso número, provocarán una debilísima corriente en sentido contrario. Por cada electrón que sale del semiconductor N, atraído hacia el polo positivo de la pila, hay otro que desprende el borne negativo de la pila y lo introduce en la estructura, por lo que esta mantiene siempre la misma concentración de portadores mayoritarios.
También al aplicar una tensión a un semiconductor de tipo P se producen dos corrientes de portadores: una muy importante, de huecos (carga positiva) y otra,
casi despreciable, de electrones (carga negativa).
Así que, resumiendo, diremos que la concentración inicial de portadores mayoritarios y minoritarios se mantiene en la estructura del semiconductor extrínseco al aplicarle una diferencia de potencial, porque la misma cantidad que absorbe un borne de la alimentación lo aporta el otro. Gracias a este fenómeno se construyen los diodos
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FUENTES BIBLIOGRAFICAS FUENTES ESCRITAS Principios de electrónica, Albert Paul
Malvino, Editorial sin especificar
FUENTES ELECTRONICAS http://www.uv.es/~candid/docencia/ed_tema-
02.pdf
http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html http://html.rincondelvago.com/quimica-
general.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)