Semiconductores

Un semiconductor es un dispositivo que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo elctrico en el que se encuentre.

Semiconductores

Elemento Grupo Electrones enla ltima capaCd II A 2 e-

Al, Ga, B, In III A 3 e

-

Si, Ge IV A 4 e-

P, As, Sb V A 5 e-

Se, Te, (S) VI A 6 e

-

[Ne]3s 3p

La caracterstica comn a todos ellos es que son tetravalentes

Un cristal de silicio forma una estructura tetradrica similar a la del carbonomediante enlaces covalentes entre sus tomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden, absorbiendo la energa necesaria, saltar a la banda de conduccin, dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energas requeridas, a temperatura ambiente son de 1,1 y 0,72 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Er

in

ip

Aislador

Semiconductores eV Aisladores eV

Silicio 1.14 Diamante 5.33

Germanio 0.67 Oxido de Zinc 3.2

Antimoniuro de Indio

0.23 Cloruro de Plata

3.2

Telurio 0.33 Sulfuro de cadmio

2.42

ii pn =

Densidad de electrones y huecos

El factor ms importante para determinar la conductividad elctrica de un semiconductor es el nmero de electrones por unidad de volumen Ne

gE0=E

gEE =E

=BCSup

BCInfe dEEFEDN

.

.

)()(

Semiconductores ExtrnsecosSemiconductores Extrnsecos

Si a un semiconductor intrnseco, como el Silicio o el Germanio, se le aade un pequeo porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrnseco, y se dice que est dopado. Evidentemente, las impurezas debern formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente tomo de silicio.

Un Un Semiconductor tipo nSemiconductor tipo n se obtiene se obtiene llevando a cabo un proceso de llevando a cabo un proceso de dopadodopadoaadiendo un cierto tipo de tomos al aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductorsemiconductor para poder aumentar el para poder aumentar el nmero de nmero de portadores de cargaportadores de carga libres (en libres (en este caso, negativas).este caso, negativas).

ii pn >

Electrn extra Electrn extra Banda de Conduccin

Niveles de Impurezas donoras

Banda de valencia

gEdE

Banda de Valencia

Banda de Conduccin

Niveles del Donador

Un Semiconductor tipo p se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, aadiendo un cierto tipo de tomos (ejemplo Aluminio o Indio, tres electrones en la capa exterior) al semiconductor para poderaumentar el nmero de portadores de carga libres (en este caso positivos).Cuando el material dopante es aadido, ste libera los electrones mas dbilmente vinculados de los tomos del semiconductor. Este agente dopante es tambin conocido como material aceptor y los tomos del semiconductor que han perdido un electrn son conocidos como huecos.

ii pn

gE

aEBanda de Valencia

Banda de Conduccin

Niveles del Aceptor

Banda de Conduccin

Niveles ImpurezaAceptora

Banda de Valencia

Dispositivos SemiconductoresDispositivos Semiconductores

Los diodos pn son uniones de dos materiales semiconductores extrnsecos tipos p y n, por lo que tambin reciben el nombre de unin pn. Hay que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga elctrica, ya que en cada cristal, el nmero de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros.

Zona depletada

VV

VVGe

si

3.0

,7.0

0

0

=

=A(p) C(n)

Polarizacin directa

En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Polarizacin Inversa

En este caso, el polo negativo de la batera se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensin en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensin de la batera.

Curva caracterstica del diodo Modelo de Shockley

Tensin Umbral

TensinDe Ruptura

6 V

= 1nkT

qV

S

D

eII

n es el coeficiente de emisin, dependiente del proceso de fabricacin del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).

Diodo Lser