SEMICONDUCTORESALUMNO: CHRISTOPHER DONGO HUARANCA

CURSO: FISICA ELECTRONICA

CARRERA: INGENERIA DE SISTEMAS

SEMICONDUCTORES

• Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio.

• Tienen una banda prohibida de anchura Eg<2eV, su conductividad tiene un valor intermedio entre el valor de los metales y el valor de los aislantes.

SEMICONDUCTORES

• La conductividad crece con la temperatura:

• Mientras que en los metales el numero de portadores es constante, del orden de , independientemente del valor de la temperatura, en los semiconductores al crecer la temperatura crece la agitación térmica, se rompen enlaces atómicos y se crea pares de electrón-hueco el numero de carga aumenta.

• La oscilación electromagnéticas de frecuencia V superior a una Vo propia de cada semiconductor, son mas o menos absorbidos. Los fotones absorbidos rompen algunos enlaces y se crean pares de electrón-hueco de origen óptico que se adiciona a los de origen térmico

SEMICONDUCTORES

• La adición de elementos dopantes en al red del semiconductor genera en electrones en BC, donadores, de concentración Nd o huecos en la BV aceptores, de concentración Na. Utilizando como variables la concentración de los dopantes se puede controlar las los dopantes se puede controlar las concentraciones de portadores, n, de electrones o, p, de huecos. esta dos clases de dopados crean sus correspondientes semiconductores extrínsecos

SEMICONDUCTORES

• De tipo-n que conducen casi exclusivamente por electrones, tales como el P y Se que son dopantes donadores para el Si y el ASGa, sustituyendo en la red los átomos de Si y As respectivamente

• De tipo-p que conducen casi exclusivamente por huecos, tales como el B y Be que son dopantes aceptores para el SI y el ASGA sustituyendo en la red los átomos de SI y GA respectivamente.

• Tal y como experimentalmente se detecta, el coeficiente HALL es negativo para electrones y positivos para huecos

SEMICONDUCTORES INTRÍSECOS• Un semiconductor cristalino y sin impurezas ni defectos en su red se denomina in-trínseco. A 0 K

su BV está llena de electrones, su BC está vacía y su Eg < 2eV. A tempera-tura de 0 K es un aislante. Al crecer la temperatura la agitación térmica rompe algunos enlaces que quedan incompletos.

• Cada enlace roto crea un par de portadores, electrón y hueco. El semiconductor se transforma en un débil conductor. Los electrones liberados suben a la BC y se mueven por toda la red cristalina.

• Los enlaces incompletos, con un solo electrón, denominados huecos, h+, se mueven en la BV en el sentido de que el enlace roto se va intercambiando entre enlaces de átomos adyacentes. La energía requerida pasa romper un enlace o crear un par electrón-hueco, como ya sabe-mos, es el ancho de la BP, Eg.

SEMICONDUCTORES INTRISECOS

• Los semiconductores inorgánicos suelen adoptar estructura tetraédrica, con cuatro enlaces covalentes (recuérdese la estructura del Si y del AsGa), fig. 1.

FIGURA 1

SEMIDONDUCTORES INTRÍSECOS

• En la fig. 2, se observa el movimiento de los portadores en presencia del campo eléctrico creado entre las placas de un condensador de láminas paralelas.

• Como los electrones y huecos se crean por pares las concentraciones intrínsecas de electrones ni y de huecos pi son iguales ni = pi. En el caso del Si es del orden de ni = pi = 1016 m-3 a temperatura de ambiente. El número de átomos de Si por metro cúbico, n(Si), es n (Si) = 5·1028 átomos/m3 cada uno tiene cuatro enlaces, el número de enlaces es 2·1029

Como es sabido, la carga del hueco es positiva, +e y su masa efectiva es m*h FIGURA 2

MODELO DE LAS BANDAS DE ENERGÍA: CONDUCCIÓN INTRÍNSECA

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.

• El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeño. Cuando se agregan un pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1 cada100.000.000 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, oP+ para material de tipo P.

SEMI CONDUCTOR DOPADO

• Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio

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

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS O DOPADO

• Son materiales semiconductores puros contaminados con impurezas en mínimas proporciones (una partícula entre un millón). A este proceso de contaminación se le denomina dopaje.

• Según el tipo de dopaje que se le realice al material existen dos tipos:

• Tipo N: En este caso se contamina el material con átomos de valencia 5, como son Fósforo (P), Arsénico (As) o Antimonio (Sb). Al introducirlos, fuerzo al quinto electrón de este átomo a vagar por el material semiconductor, pues no encuentra un lugar estable en el que situarse. Al conjunto de estos electrones se les llama electrones mayoritarios.

Al material tipo N se ledenomina también

donador de electrones

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS

SEMI CONDUTORES: P Y N:

• Tipo P: En este caso se contamina el material semiconductor con átomos de valencia 3, como son Boro (B), Galio (Ga) o Indio (In). Si se introduce este átomo en el material, queda un hueco donde debería ir un electrón.

• Este hueco se mueve fácilmente por la estructura como si fuese un portador de carga positiva. En este caso, los huecos son portadores mayoritarios.

Al material tipo P se ledenomina donador dehuecos (o aceptador

de electrones).

SEMICONDUCTOR TIPO P Y N

EL DIODO:• El diodo es un componente electrónico que consiste

simplemente en la unión de dos cristales semiconductores extrínsecos, uno tipo N y otro tipo P.

• Al unirlos, parte del exceso de electrones del tipo N pasa al cristal tipo P, y parte de los huecos del tipo P pasan al cristal tipo P. Creándose en la unión una franja llamada zona de transición que tiene un campoeléctrico que se comporta como una barrera que se opone al paso de más electrones desde la zona N hacia la zona P y de huecos desde la zona P a la zona N.

DIODO

• ¿Qué pasaría si se conecta un diodo a una pila?

Pueden ocurren dos casos:

• - Polarización directa: En este caso se conecta el polo positivo al cristal P y el polo negativo al cristal N. Esto hace que la zona

Polarización inversa: En este caso el polo positivo se conecta al cristal N y el polo negativo al cristal P. Esto

hace que la zona de transición se haga mucho más ancha, reforzando la barrera que impide el paso de la corriente.

En este caso el diodo no conduce.

DIODO

• El contacto que se corresponde con el cristal semiconductor tipo P se llama ánodo (terminal positivo) y se simboliza con un pequeño triángulo y el cristal semiconductor tipo N se llama cátodo (terminal negativo) y se simboliza con una pequeña línea vertical.

• Los diodos vienen forrados de una cápsula de plástico (normalmente negra) y un anillo de color blanco que indica el cátodo.

EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO

• En el primer circuito tenemos un ejemplo en el que se muestra un diodo con polarización directa: en este caso, deja pasar la corriente porque el ánodo está conectado al polo positivo y el cátodo al polo negativo. Es por eso que la lámpara funcionaría.

• En el segundo circuito tenemos un ejemplo en el que se muestra un diodo con polarización inversa: en este caso, deja pasar la corriente porque el cátodo está conectado al polo negativo y el cátodo al polo positivo. Es por eso que la lámpara no funcionaría.

NIVEL DE FERMI EN EL CONDUCTOR EXTRÍNSECO

FUENTES DE INFORMACIÓN

• http://ocwus.us.es/fisica-aplicada/copy_of_complementos-de-fisica/temas/TEMA3.pdf

• file:///F:/ARCHIVOS/TELESUP-INGE-SISTEMAS/CUARTO%20CICLO/FISICA%20ELECTRONICA/UNIDAD2/Tema1_SemiConduct.pdf

• http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/04/materiales-semiconductores.pdf

• http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/semicond/dopado.htm

• http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.html

• http://electro2-uai.wikispaces.com/Semiconductores

• http://www.ujaen.es/investiga/solar/07cursosolar/home_main_frame/03_celula/01_basico/3_celula_02.htm