CIENTIFICO

Tema 1. Introducción a los Semiconductores.

Tema 1

INTRODUCCIÓN A LOS SEMICONDUCTORES.
1.2.3.4.-

5.6.-

Introducción
Clasificación de los materiales.
Semiconductores intrínsecos. Estructura cristalina.
Semiconductores extrínsecos. Impurezas donadoras y aceptadoras.
4.1.- Semiconductores tipo n. Impurezas donadoras.
4.2.- Semiconductores tipo p. Impurezas aceptadoras.
Modelo delas bandas de energía.
Conducción en metales y semiconductores.

1

Tema 1. Introducción a los Semiconductores.

1.- INTRODUCCIÓN.

La gran mayoría de los dispositivos de estado sólido que actualmente hay en el
mercado, se fabrican con un tipo de materiales conocido como semiconductores. De ahí
que vamos a empezar nuestro estudio examinando las propiedades físicas de dichos
elementos.Estudiaremos las características de los materiales que nos permiten
distinguir un semiconductor de un aislante y de un conductor. Veremos, además, el
dopado de un semiconductor con impurezas para controlar su funcionamiento.
El estudio anterior puede abordarse desde dos puntos de vista:
 Basándonos en la estructura cristalina de los semiconductores y, más
concretamente, en el enlacecovalente.
 Desde el punto de vista energético, es decir, a través del modelo de las bandas de
energía.
En este capítulo se abordarán ambos puntos de vista.
2.- CLASIFICACION DE LOS MATERIALES.

La materia, en general, está constituida por átomos formados por un núcleo
cargado positivamente rodeado de los electrones necesarios que hacen que el átomo sea
eléctricamente neutro. Los electrones sedistribuyen en órbitas que rodean al núcleo.
Los electrones de la última órbita se denominan electrones de valencia.
Las diferentes propiedades químicas de los materiales se deben a que están
formados por átomos distintos, mientras que, las distintas fases (sólida, líquida o
gaseosa) de una misma sustancia se deben a lo más o menos fuertemente unidos que se
encuentren sus átomos, siendo en lafase sólida la distancia interatómica menor. Es
decir, en un sólido la disposición espacial de sus átomos juega un papel importante en la
determinación de sus propiedades específicas. Atendiendo a esta disposición atómica,
un sólido puede ser: amorfo, policristalino o cristalino.

2

Tema 1. Introducción a los Semiconductores.

Figura 1.1.-

Clasificación general de los sólidos basadaen el grado de orden atómico: (a) amorfo, (b)
policristalino y(c) cristalino

En un sólido amorfo no se reconoce ningún orden a largo alcance, esto es, la
disposición atómica en cualquier porción de un material amorfo es totalmente distinta a
la de cualquier otra porción. Los sólidos cristalinos se encuentran en el extremo
opuesto, es decir, en un material cristalino los átomos estándistribuidos en un conjunto
tridimensional ordenado. Dada una porción de dicho material, se puede reproducir con
facilidad la disposición atómica en otra porción del mismo. Finalmente se encuentran
los sólidos policristalinos que constituyen un caso intermedio, en el cual el sólido está
formado por subsecciones cristalinas no homogéneas entre sí.
A partir de ahora centraremos nuestra atención en lossólidos cristalinos.
Atendiendo a sus propiedades eléctricas, a sus propiedades conductoras, estos sólidos
pueden clasificarse en tres grandes grupos: conductores, semiconductores y aislantes.
En los buenos conductores metálicos, tales como el Cu, Ag y Al, sus estructura
cristalina (disposición atómica) es tal que los electrones exteriores (electrones de
valencia) están compartidos por todoslos átomos y pueden moverse libremente por todo
el material (Figura 1.2.). Esta situación se mantiene en un amplio rango de
temperaturas. En la mayoría de los metales cada átomo contribuye con un electrón, por
lo que el número de electrones libres suele ser  1023 e-/cm3.
La conducción eléctrica tiene, entonces, lugar a consecuencia del movimiento
neto de dichos e- libres al someterles a la...