Uniones Semiconductores

UNIONES SEMICONDUCTORES

Se obtiene una unión cuando un mono cristal semiconductor (Si, Ge, AsGa,...) se dopa sucesivamente con impurezas aceptoras y donadoras, de forma que se tengan dos zonas yuxtapuestas, P y N, de semiconductores extrínsecos tipo-p y tipo-n respectivamente. Entre ellas, en la interfase, aparece una tercera zona llamada de transición, de deplexión, de carga espacial o devaciamiento, que es de pequeñísimo espesor, del orden del μm. Es en la zona de transición donde tienen lugar los procesos fundamentales, de rectificación, absorción y emisión de luz, etc., que ocurren en las diversas clases de dispositivos de unión.
-Semiconductores extrínsecos. Donadores y aceptadores.
Se denominan semiconductores extrínsecos a aquellos semiconductores puros a los que se les hanintroducido impurezas en pequeñísimas cantidades, con el propósito de aumentar su conducción. Estas impurezas suelen ser elementos pertenecientes a los grupos tercero y quinto de la tabla periódica y se mezclan con el germanio o el silicio en estado de fusión para que algunos átomos de estos sean sustituidos por átomos de impureza durante el proceso de cristalización. Este efecto se denomina“dopado” y según sea el elemento utilizado como impureza del grupo tercero o quinto el semiconductor se denomina de tipo P o N respectivamente. Veamos el porqué de estas denominaciones y como influye el dopado en el aumento de la capacidad conductora del material. Tomemos el germanio como material semiconductor puro, añadámosle, en estado de fusión impurezas del grupo quinto, por ejemplo Sb. Alcristalizar algunos átomos de Ge habrán sido sustituidos por los de Sb sin distorsionar la red cristalina dada la pequeña proporción de las impurezas. Como es sabido , el Sb tiene cinco electrones de valencia por lo que solo cuatro de ellos podrán formar enlace covalente con sus vecinos átomos de Ge. Ello supone que el quinto electrón quede unido, muy débilmente, al núcleo de Sb y se necesite una energíatan pequeña para separarlo de el que puede considerarse como electrón libre y por tanto, utilizarse en la conducción como portador de carga. Estos elementos que al ser introducidos como impureza dan un exceso de electrones libres , se denominan donadores. Al tener el átomo de Sb cinco electrones en su ultima capa, uno de ellos no puede situarse en la banda de valencia del germanio puro que quedacompleta con cuatro electrones. Sin embargo el hecho de haber introducido la impureza modifica la distribución de los niveles energéticos de manera que se crea un nuevo nivel de energía disponible, dentro de la banda prohibida, que contiene ese quinto electrón. Este nivel se sitúa muy cerca del nivel inferior de la banda de conducción a una distancia equivalente a la energía necesaria para separarlodel núcleo de Sb. Se comprende que el mas pequeño aporte de energía hará que este quinto electrón pase a la banda de conducción dejando el átomo de Sb ionizado. La carga positiva es inmóvil por pertenecer al núcleo pero, por el contrario, los electrones en la banda de conducción son fácilmente desplazables y dan lugar a una corriente eléctrica cuando se aplica una campo exterior. Cuando seintroducen impurezas del grupo tercero por ejemplo In el proceso es análogo pero del signo contrario. Al finalizar la cristalización un átomo de In ha sustituido a uno de Ge. Como el In solo tiene tres electrones de valencia para compartir, habrá un hueco o falta de electrón en uno de los enlaces con el Ge. Este tipo de impurezas que proporciona un exceso de huecos se denominan aceptadoras por dar lugara una configuración que posibilita la aceptación de un electrón para cubrir un hueco.
Zona de transición y potencial de contacto.
Cuando se introducen en uno de los extremos de un semiconductor impurezas de tipo P y en el otro impurezas de tipo N, de forma que una zona del cristal pueda considerarse aceptadora y otra donadora, se forma una unión PN. Se tendrá igualmente una unión PN cuando...