electronica

TEMA 3. SEMICONDUCTORES

TEMA 3. SEMICONDUCTORES
1. GENERALIDADES
Toda clase de sólidos, independientemente de su tipo de enlace, se caracterizan
porque sus estados electrónicos se agrupan en bandas de energía.
Los metales poseen una última banda, parcialmente ocupada, con niveles energéticos superiores libres, desocupados. Los electrones de valencia, débilmente unido a los átomos aislados,al formarse el cristal se deslocalizan y se mueven por todo el cristal en forma
de un gas de Fermi, constituyendo los electrones de conducción.
Su conductividad disminuye:
a) Al aumentar la temperatura: σ(T)·T = const.
b) Al crecer las impurezas y los defectos de la red.
Los metales reflejan o absorben muy débilmente las radiaciones, sin que por ello se
altere su conductividad.
Losaislantes poseen una banda prohibida de energía, de anchura Eg, que separa la
última banda completamente llena, banda de valencia, sin estados libres. Los electrones de
valencia están ligados formando enlaces mas o menos fuerte entre los átomos de la red. La
banda próxima superior, banda de conducción, está vacía, con la totalidad de sus estados
energéticos desocupados. A 0 K la conductividad esnula, tienen una banda prohibida de
anchura no nula, Eg ≠ 0.
Los aislantes se subdividen en dos clases: semiconductores y aislantes propiamente
dichos.
Semiconductores: tienen una banda prohibida de anchura Eg < 2eV
•

Su conductividad tiene un valor intermedio entre el valor de los metales y el valor de los aislantes. Tabla 1.

Conductores
Semiconductores extrínsecos
Semiconductoresintrínsecos
Aislantes

Cu, Ag, Au...
Si(P), Si(B), AsGa(Se), AsGa(Be)
Si, Ge, AsGa
Mica, cuarzo, plásticos

σ(Ω·m)-1
108
106/10-8
10-8
10-14

1

TEMA 3. SEMICONDUCTORES
•

La conductividad crece con la temperatura:
−

σ (T ) = σ 0

Eg
2 k BT

Mientras que en los metales el número de portadores es constante, del orden de
1028 m-3, independientemente del valor de latemperatura, en los semiconductores al crecer la temperatura crece la agitación térmica, se rompen enlaces atómicos, y se crean pares de electrón-hueco, el número de portadores de carga
aumenta.
•

Las oscilaciones electromagnéticas de frecuencia ν superior a una ν0 propia de
cada semiconductor: Eg = hν0 =

hc
son más o menos absorbidas. Los fotones
λ0

absorbidos rompen algunos enlaces y se creanpares de electrón-hueco de origen óptico que se adicionan a los de origen térmico.
•

La adición de elementos dopantes en la red del semiconductor genera en éste:
electrones en la BC, donadores, de concentración Nd, o huecos en la BV acep-

tores, de concentración Na.
Utilizando como variables la concentración de los dopantes se puede controlar
las concentraciones de portadores, n, deelectrones o, p, de huecos.
Estas dos clases de dopados crean sus correspondientes semiconductores ex-

trínsecos:
•

De tipo-n que conducen casi exclusivamente por electrones, tales como el P y
Se que son dopantes donadores para el Si y el AsGa, sustituyendo en la red los
átomos de Si y As respectivamente

•

De tipo-p que conducen casi exclusivamente por huecos, tales como el B y Beque son dopantes aceptores para el Si y el AsGa, sustituyendo en la red los átomos de Si y Ga respectivamente.

Tal y como experimentalmente se detecta, el coeficiente Hall es negativo para electrones y positivos para huecos:

RH = −

1
0
pe
2

TEMA 3. SEMICONDUCTORES

2. MATERIALES SEMICONDUCTORES
Hasta ahora la demanda de materiales semiconductores ha hecho que se hayan desarrolladotanto las técnicas de obtención de sustancias puras y monocristalinas, semicon-

ductores intrínsecos, cómo las técnicas de dopado de semiconductores inorgánicos y orgánicos, semiconductores extrínsecos. Por ahora, los más importantes son los inorgánicos. Indiquemos algunos elementos y compuestos:
a) Elementos del grupo IV del Sistema Periódico (SP): Si y Ge con valencia cuatro como
ya...