Material intrinseco

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MATERIAL INTRINSECO

Se le llama así al cristal del semiconductor que es químicamente puro, y que además no presenta defectos en su red cristalina. A 0°k no existen portadores de carga libres, y el semiconductor se comporta como un aislante, pero al incrementarse la temperatura empiezan a generar pares electrón - hueco.

Estos pares electrón - hueco se generan al romperse los enlaces entrelos átomos. Igualmente puede ocurrir aniquilaciones de pares electrón hueco cuando un electrón de la banda de conducción hace una transición a la banda de valencia y ocupa un estado vacío (hueco), este proceso es denominado recombinación.

En la siguiente figura se muestra lo descrito anteriormente con un modelo de enlace covalente para el silicio:

Semiconductores intrínsecos [editar]

Uncristal 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 energíasrequeridas, a temperatura ambiente son de 1,12 y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno, se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinadatemperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo "n"la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que:
ni = n = p

siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura.Si se somete el cristal a una diferencia de tensión, se producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos (2), originando una corriente de huecos en la dirección contraria al campo eléctrico cuyavelocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.

Semiconductores extrínsecos

Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalinasustituyendo al correspondiente átomo de silicio.

Material extrínseco tipo n.

Se llama material extrínseco tipo n a un cristal (silicio o germanio) que ha sido impurificado con átomos pentavalentes o donadores. El resultado se ilustra en la figura 9.5, que presenta como ejemplo, los átomos de una celda fundamental del cristal de silicio dopado con un átomo de fósforo, cuya distribuciónelectrónica es de [2, 8, 5]; es decir, tiene 5 electrones de valencia (representados por puntos verdes); en tanto que cada átomo de silicio tiene 4 electrones de valencia (representados mediante puntos rojos). Durante el proceso de impurificación el átomo de fósforo se ubica al centro de 4 átomos de silicio, reemplazando al átomo silicio que originalmente estaba en la celda fundamental del cristal. En estasituación solo cuatro de los cinco electrones de valencia del átomo de fósforo participarán en enlaces covalentes con los cuatro átomos vecinos de silicio; quedando el quinto electrón periférico sin pareja y sin utilizar su energía en el proceso de enlace. Es entonces que bastará un poco de energía adicional para que este electrón sea capaz de abandonar a su átomo padre, convirtiéndose en...
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