Introducción A Los Semiconductores

Tema 1. Introducción a los Semiconductores.

Tema 1

INTRODUCCIÓN A LOS SEMICONDUCTORES.
1.2.3.4.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 de las bandas deenergía. Conducción en metales y semiconductores.

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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. Estudiaremoslas 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 enlace covalente.  Desde elpunto 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 se distribuyen en órbitasque 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 la fase sólida la distanciainteratómica 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.

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Figura 1.1.-

Clasificación general de los sólidos basada en 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 están distribuidos en un conjuntotridimensional 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 los sólidos cristalinos. Atendiendo asus 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 todos los átomos y pueden moverse librementepor 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 acción de un campo eléctrico aplicado. Su...