Este documento describe los semiconductores intrínsecos y dopados. Los semiconductores intrínsecos son puros y no contienen impurezas, mientras que los semiconductores dopados tienen impurezas añadidas que cambian sus propiedades eléctricas, haciéndolos tipo P o tipo N. El dopaje es el proceso de agregar pequeñas cantidades de impurezas trivalentes o pentavalentes para crear semiconductores extrínsecos con propiedades eléctricas modificadas.

1. Semiconductores Intrínsecos y
Semiconductores Dopados
Ingeniería de Sistemas e Informática
IV Ciclo
Trabajo presentado por:
Jorge Zevallos Valdivia

2. 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
Semiconductores
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3. 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.
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.
Semiconductores Intrínsecos

4. 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
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm

5. 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.
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Semiconductores Intrínsecos

6. Cuando los electrones libres llegan la extremo derecho del cristal,
entran al conductor externo (normalmente un hilo de cobre) y
circulan hacia el terminal positivo de la batería. Por otro lado, los
electrones libres en el terminal negativo de la batería fluirían hacia el
extremos izquierdo del cristal. Así entran en el cristal y se
recombinan con los huecos que llegan al extremo izquierdo del
cristal. Se produce un flujo estable de electrones libres y huecos
dentro del semiconductor.
Semiconductores Intrínsecos
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina4.htm

7. 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.
Semiconductores Dopados

8. Semiconductores Dopados
Semiconductor tipo P : se emplean
elementos trivalentes (3 electrones de
valencia) como el Boro (B), Indio (In) o
Galio (Ga) como dopantes. Puesto que no
aportan los 4 electrones necesarios para
establecer los 4 enlaces covalentes, en la
red cristalina éstos átomos presentarán
un defecto de electrones (para formar los
4 enlaces covalentes). De esa manera se
originan huecos que aceptan el paso de
electrones que no pertenecen a la red
cristalina. Así, al material tipo P también
se le denomina donador de huecos (o
aceptador de electrones).
http://pelandintecno.blogspot.com/2014/04/semiconductores-intrinsecos-y.html

9. Semiconductores Dopados
Semiconductor tipo N: Se emplean
como impurezas elementos
pentavalentes (con 5 electrones de
valencia) como el Fósforo (P), el
Arsénico (As) o el Antimonio (Sb). El
donante aporta electrones en exceso,
los cuales al no encontrarse enlazados,
se moverán fácilmente por la red
cristalina aumentando su
conductividad. De ese modo, el
material tipo N se denomina también
donador de electrones.
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10. Estructura cristalina compuesta por átomos de
silicio (Si) formando una celosía. Como se puede
observar, esta estructura se ha dopado añadiendo
átomos de antimonio (Sb) para crear un material
semiconductor “extrínseco”. Los átomos de silicio
(con cuatro electrones en la última órbita o banda
de valencia) se unen formando enlaces covalentes
con los átomos de antimonio (con cinco en su
última órbita banda de valencia). En esa unión
quedará un electrón libre dentro de la estructura
cristalina del silicio por cada átomo de antimonio
que se haya añadido. De esa forma el cristal. de
silicio se convierte en material semiconductor
tipo-N (negativo) debido al exceso electrones
libres con cargas negativas presentes en esa
estructura.
Semiconductor de Silicio Tipo N
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11. Semiconductor de Silicio Tipo P
Estructura cristalina compuesta por átomos de
silicio (Si). que forman, como en el caso
anterior, una celosía, dopada. ahora con
átomos de galio (Ga) para formar un.
semiconductor “extrínseco”. Como se puede
observar en. la. ilustración, los átomos de
silicio (con cuatro electrones en. la. última
órbita o banda de valencia) se unen formando.
enlaces covalente con los átomos de galio (con
tres. electrones en su banda de valencia). En
esas condiciones. quedará un hueco con
defecto de electrones en la. estructura.
cristalina de silicio, convirtiéndolo en un.
semiconductor tipo-P (positivo) provocado por
el defecto de. electrones en la estructura.
http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_8.htm