Este documento explica los conceptos básicos de los semiconductores intrínsecos y dopados. Explica que los semiconductores intrínsecos como el silicio forman una estructura cristalina donde algunos electrones pueden absorber energía para saltar a la banda de conducción, dejando huecos. Los semiconductores dopados se producen intencionalmente agregando impurezas tipo N como el arsénico o tipo P como el aluminio, lo que cambia la concentración de electrones y huecos. También se explican los métodos de dopaje quí

1. UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP
INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA
“SEMICONDUCTORES "
CURSO : Física Electrónica
CICLO : IV to.
PROFESOR : Carrasco Sajami Eusebio
ALUMNO : Ramirez Huaman Miguel Angel
2012
LIMA – PERU

2. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
Semiconductor
Es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante
dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o
magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente
en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla
periódica se indican en la tabla adjunta.
Electrones en
Elemento Grupos la última
capa
Cd 12 2 e-
Al, Ga, B,
13 3 e-
In
Si, C, Ge 14 4 e-
P, As, Sb 15 5 e-
Se, Te, (S) 16 6 e-

3. SEMICONDUCTORES
INTRÍNSECOS
Es un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica
similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la
figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se
encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la
energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el
correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas,
a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el
germanio respectivamente.
Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la
concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que:
ni = n = p

4. siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva
de la temperatura y del tipo de elemento. Ejemplos de valores de ni a
temperatura ambiente (27ºc):
ni(Si) = 1.5 1010cm-3 ni(Ge) = 1.72 1013cm-3
Anteriormente hemos visto que los semiconductores intrínsecos eran aquellos
que no tenían impurezas, esto es, todos son átomos de Si.
Al aplicar el principio de exclusión de Pauli el electrón de energía E1 de un
átomo y el electrón de energía E1 del átomo vecino se han de separar en
energía. Como hay una gran cantidad de átomos aparecen muchos niveles
energéticos con una separación muy pequeña, formando la 1ª Banda de
Energía.
Los electrones de energía E2 se separan en energía formando la 2ª Banda de
Energía.
Y así sucesivamente con el resto de energías se van creando Bandas de
Energía (grupos de niveles energéticos). El resultado es el siguiente:

5. Diagramas del nivel de energía
de:
a) un conductor,
b) b) Un aislador;
c) c) un semiconductor intrínseco a
T=0

6. Concentración intrínseca
El número de portadores libres en un conductor es un factor que depende de la
naturaleza de éste y de la temperatura. Si llamamos n a la concentración de
electrones libres (electrones/m3) y p a la concentración de huecos (huecos/m3), el
producto entre ambos es constante (ley de acción de masas) y vale :
n·p = ni 2
llamándose ni concentración intrínseca, número que depende de la naturaleza del
cristal, y de la temperatura.

7. Un cristal de silicio forma una estructura tetraédrica similar a la del
carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura
representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra
a temperatura ambiente, algunos electrones pueden, absorbiendo la
energía necesaria, saltar a la banda de conducción, dejando el
correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías
requeridas, a temperatura ambiente son de 1,12 y 0,67 eV para el silicio y
el germanio respectivamente.

8. SEMICONDUCTORES
DOPADOS
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.

9. Tipos de materiales
dopantes
Tipo N
Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten
la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos
de este tipo se llaman donantes ya que "donan" o entregan electrones.
Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta
forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo
introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no ligado,
a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que
la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la
necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del
semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que huecos,
por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los
minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa
de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

10. Tipo P
Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la
formación de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los
mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los átomos de este tipo
se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de
valencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo
introducido es neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del
cristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su última capa de
valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de
los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones,
por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos
los minoritarios. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de
portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de
impurezas introducidos.

11. Dopaje en conductores orgánicos
Los polímeros conductores pueden ser dopados al agregar reactivos
químicos que oxiden (o algunas veces reduzcan) el sistema, para ceder
electrones a las órbitas conductoras dentro de un sistema potencialmente
conductor.
Existen dos formas principales de dopar un polímero conductor, ambas
mediante un proceso de reducción-oxidación. En el primer método,
dopado químico, se expone un polímero, como la melanina (típicamente
una película delgada), a un oxidante (típicamente yodo o bromo) o a un
agente reductor (típicamente se utilizan metales alcalinos, aunque esta
exposición es bastante menos común). El segundo método es el dopaje
electroquímico, en la cual un electrodo de trabajo, revestido con un
polímero, es suspendido en una solución electrolítica, en la cual el
polímero es insoluble, junto al electrodo opuesto, separados ambos. Se
crea una diferencia de potencial eléctrico entre los electrodos, la cual hace
que una carga (y su correspondiente ion del electrolito) entren en el
polímero en la forma de electrones agregados (dopaje tipo N) o salgan del
polímero (dopaje tipo P), según la polarización utilizada.

12. Dopaje químico
El primer método, llamado dopaje químico, presenta el polímero, por
ejemplo una película de melanina, a un oxidante (de yodo o bromo) o
un reductor (menos frecuente, implica el uso de metales alcalinos ).

13. Dopaje electroquímico
El segundo método, llamado dopaje electroquímico, utiliza un electrodo
recubierto con un polímero y bañados en una solución electrolítica en la
cual el polímero es insoluble. La aplicación de un voltaje entre los
electrodos provoca un movimiento de la solución de iones y electrones
que se fijan entonces sobre el polímero tratado, o escapan. Esto le da un
exceso (el dopaje N) o defecto (dopaje P) a los electrones en la banda de
conducción de polímero.
Este método es uno de los más eficaces, y el que más se investiga: el
dopaje N, que no puede ocurrir en presencia de oxígeno, es más fácil de
hacer: puede hacerse un vacío en los contenedores con los medios
adecuados.

14. Debilidad del dopaje N
El dopaje N, que consiste en obtener un exceso de electrones es mucho
menos común que el dopaje P, porque la atmósfera de la Tierra es rica en
oxígeno, y por tanto se presenta como un medio ambiente oxidante. Un
polímero dopado N reacciona entonces con el oxígeno del aire y pierde el
exceso de electrones, volviéndose neutro. Por lo tanto, el dopaje N implica
que el polímero se debe mantener en un gas inerte (generalmente el
argón).
Si el material se halla dopado con impurezas, tendremos además, dentro
de la brecha Eg, niveles de impurezas donadoras
cerca del fondo de la banda C y niveles de impurezas aceptaras cerca de
la parte superior de la banda V.

15. REFERENCIAS
 http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm
 http://www.taringa.net/posts/info/10425214/Los-Semiconductores.html
 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor_intrinseco.png
 http://www.kalipedia.com/tecnologia/tema/electronica/semiconductores.html?x=
20070822klpingtcn_123.Kes&ap=2
 http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina11.ht
m
 http://proton.ucting.udg.mx/materias/tecnologia/Conductores.htm
 http://conocimientoscarriertransport.blogspot.com/2010/03/concentracion-
intrinseca.html
 http://www.monografias.com/trabajos11/semi/semi.shtml
 http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_%28semiconductores%29
 http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero_conductor#Dopaje_qu.C3.ADmico