PTB EN PRODUCTIVIDAD INDUSTRIAL

SEMICONDUCTORES

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. 
En el grupo 4B de la tabla periódica se encuentran los semiconductores elementales entre los cuales están el Germanio yel Silicio.
Elemento
Grupos
Electrones en
la última capa
Cd
12
2 e-
Al, Ga, B, In
13
3 e-
Si, C, Ge
14
4 e-
P, As, Sb
15
5 e-
Se, Te, (S)
16
6 e-
Los semiconductores compuestos están formados por elementos de los grupos 2B y 6B de la tabla periódica (CdS, CdSe, CdTe, HgCdTe) y se conocen como semiconductores II-VI. También pueden formarse al combinar elementos de los grupos 3By 5B (GaN, GaAs, AlAs, AlP, InP,etc.) conocidos como semiconductores III-V.
Un semiconductor intrínseco es aquel con propiedades que no están controladas por sus impurezas. Un semiconductor extrínseco (tipo n o p) es el preferido para dispositivos ya que sus propiedades son estables en función de la temperatura y pueden ser controlados usando implantaciones de iones o difusión de impurezasconocidas como dopantes o adulterantes.

Los semiconductores, incluyendo al Silicio y al Germanio, son los elementos para la fabricación de numerosos dispositivos electrónicos. Estos materiales tienen una conductividad que se puede controlar con facilidad, y cuando se combinan en forma apropiada, pueden actuar como interruptores, amplificadores o como dispositivos para guardar información.


Labrecha de energía Eg entre las bandas de valencia y de conducción es relativamente pequeña. Cuando aumenta la temperatura algunos electrones poseen suficiente energía para ser promovidos de la banda de valencia a la banda de conducción. Los electrones excitados dejan tras de sí niveles de energía desocupados u orificios en la banda de valencia.
Cuando se aplica un voltaje al material, loselectrones de la banda de conducción aceleran hacia el terminal positivo, en tanto que los orificios de la banda de valencia se mueven hacia el terminal negativo. La corriente es, por tanto, conducida por el movimiento tanto d electrones como de orificios.

La conductividad está determinada por el número de electrones y orificios:

σ=nqµn + pqµp

n: concentración de electrones en la banda deconducción.
p: concentración de orificios en la banda de valencia.
µn: movilidades de electrones.
µp: movilidades de orificios.

En semiconductores intrínsecos, por cada electrón promovido a la banda de conducción, hay un orificio que se deja en la banda de valencia.
ni = pi
ni: concentración de electrones
pi: concentración de orificios
La conductividad de un semiconductor intrínseco:

σ=qni(µn + µp)

En semiconductores intrínsecos, se controla el número de portadores de cargan y la conductividad eléctrica al controlar la temperatura. A T de cero absoluto, todos los electrones están en la banda de valencia, mientras que todos los niveles de la banda de conducción están desocupados. Cuando la T aumenta hay una mayor probabilidad de que el nivel de energía de la banda de conducciónsea ocupado.
El no. de electrones en la banda de conducción, que es igual al no. de orificios en la banda de valencia es:
N = ni = pi = n0 exp(-Eg/2kBT)
n0 =2(2πkBT/h2)3/2(mn* mp*)3/4

h: constante de Boltzmann
k: constante de Planck
mn* : masas efectivas de electrones
mp*: masas efectivas de orificios

Las masas efectivas explican los efectos de las fuerzas internas que alteran laaceleración de los electrones en un sólido con respecto a los electrones en un vacío.
Las temperaturas más elevadas permiten que más electrones crucen la zona prohibida y aumente la conductividad:
σ=n0 q( µn + µp)exp(-Eg/2kBT)
ni y σ están relacionadas con la ecuación de Arrhenius; tasa= A exp (-Q/RT)
El incremento en la conductividad con la temperatura en semiconductores hace un fuerte...