Formulas y Tablas Matematicas

Tema 3: Semiconductores
3.1 Semiconductores intrínsecos y dopados. Los semiconductores son sustancias cuya conductividad oscila entre 10-3 y 103 Siemen/metro y cuyo valor varia bastante con la temperatura. Los semiconductores más empleados son, por orden histórico, el Germanio y el Silicio. Un átomo de cualquiera de estos elementos posee cuatro electrones en su última capa y por ello se une asus átomos vecinos mediante enlaces covalentes. A temperaturas bajas los cuatro electrones están formando dichos enlaces, por lo que permanecen ligados a los átomos y no pueden moverse aunque se aplique un campo eléctrico exterior, esto es, se comportan como aislantes. A temperaturas superiores, como la temperatura ambiente, hay electrones que poseen suficiente energía térmica como para saltar de suenlace covalente a niveles energéticos superiores donde no están ligados. Estos electrones sí pueden moverse en caso de aplicarse un campo eléctrico exterior, y se comportan como conductores (aunque no tan buenos como los metales). Si se aumenta mas aun la temperatura, mas electrones se desligan de sus enlaces y contribuyen a la corriente eléctrica. Así pues los semiconductores aumentan suconductividad al aumentar su temperatura. Cuando un electrón salta de su enlace covalente, se dice que deja un hueco puesto que es susceptible de ser llenado por otro electrón. Los electrones liberados por energía térmica a veces también caen en los huecos que han dejado otros electrones. Existe un equilibrio dinámico entre los electrones que se liberan por energía térmica y los electrones que, vuelvena caer en los huecos, esto es, el número de electrones libres (que será exactamente igual que el número de huecos) es constante a temperatura constante. Este tipo de semiconductores se denomina semiconductores INTRINSECOS.
electrón térmico hueco térmico

Semiconductor a muy baja temperatura

Semiconductor a temperatura ambiente

Cuando se conecta un generador a un semiconductor intrínseco,los electrones libres se mueven hacia el polo positivo del generador y los electrones del polo negativo del generador, saltan a los huecos del semiconductor y se mueven también hacia el polo positivo saltando de hueco en hueco. Esto último equivale a decir que los huecos se mueven hacia el polo negativo del generador. Se dice pues que la corriente que circula por un semiconductor posee doscontribuciones: una debida a movimiento de electrones (con carga negativa) hacia el polo positivo y otra debida a movimiento de huecos (con carga positiva) hacia el polo negativo. La carga positiva del hueco es en realidad la carga positiva del núcleo del átomo del cual ha saltado el electrón debido a la energía térmica.

Existe otro tipo de semiconductores que se obtienen artificialmente añadiendoimpurezas a los semiconductores intrínsecos. Estos nuevos semiconductores se denominan DOPADOS. Existen dos clase de semiconductores dopados: semiconductores N y semiconductores P. Un semiconductor N se obtiene añadiendo un pequeño número de átomos pentavalentes (con cinco electrones en su última capa) a un semiconductor intrínseco. Estos átomos pueden ser de P, As o Sb. De los cinco electrones,cuatro realizan enlaces covalentes con los átomos del semiconductor intrínseco y el otro será libre. A temperatura ambiente los electrones libres de un semiconductor N provienen de los electrones sobrantes de las impurezas y de los electrones térmicos (o liberados por energía térmica). Así pues, un semiconductor tipo N posee más electrones libres que el correspondiente semiconductor intrínseco y portanto la conductividad será mayor. También el número de electrones libres es mayor que el de huecos. La corriente eléctrica en el semiconductor N es también debida a electrones y huecos. Los electrones son portadores mayoritarios y los huecos son portadores minoritarios.
electrón sobrante electrón sobrante electrón térmico hueco térmico

P

P

Semiconductor N a muy baja temperatura...