Semiconductores

Capítulo 10
Materiales semiconductores
10.1 Introducción
10.2 Diferencias entre semiconductores y
conductores
10.3 Modelo de enlace covalente. Semiconductores
intrínsecos y extrínsecos
10.4 Ley de acción de masas. Ley de neutralidad
eléctrica
10.5 Propiedades del germanio y del silicio. Átomos
donadores y aceptores para el germanio y el silicio
10.6 Conducción en semiconductores
10.7Corrientes de desplazamiento
10.8 Corrientes de difusión
10.9 Corriente total
10.10 Variación de potencial en un semiconductor
con dopado no uniforme
10.11 Cuestiones y problemas

Objetivos
• Describir cualitativamente el comportamiento de los semiconductores.
• Justificar mediante el modelo de enlace covalente las características de los semiconductores intrínsecos y extrínsecos.
•Introducir el modelo de bandas de energía.
• Definir portadores mayoritarios y minoritarios, impurezas donadoras y aceptoras, y sus concentraciones.
• Enunciar las leyes de acción de masas y neutralidad eléctrica
y aplicarlas al cálculo de concentraciones de portadores.
• Saber cuantificar las corrientes de desplazamiento y de difusión en un semiconductor.
• Relacionar los conceptos deconductividad, movilidad y concentración de portadores.
• Distinguir entre corrientes de electrones y huecos.

10-1

10.1 Introducción
Antes de comenzar con la descripción de los materiales semiconductores, para resaltar su importancia en la tecnología actual veamos dos aplicaciones sencillas y bien conocidas en electrónica e informática:
La primera de ellas es el dispositivo denominado rectificadorde señales
que transforma una diferencia de potencial variable en otra cuya polaridad sea
siempre la misma. Dicho dispositivo se puede realizar mediante la utilización de
cuatro diodos en la configuración que indica la Figura 10-1 (circuito denominado puente de diodos). Si, por ejemplo, entre A y B se aplica una diferencia de
potencial sinusoidal, a la salida del puente, entre los puntos C yD, obtenemos
una diferencia de potencial variable en la que el intervalo de polaridad negativa
se ha transformado en positiva, manteniendo la forma de la onda sinusoidal. Si
añadimos a la salida un condensador se puede llegar a alisar la diferencia de
potencial a la salida hasta llegar a ser constante. Este dispositivo se utiliza, por
ejemplo, en las fuentes de alimentación de los ordenadorespara transformar la
tensión alterna de la red eléctrica en una tensión continua, que es la utilizada
en la electrónica digital.
A
Ve

D2

D1

Vs

Vs
Ve C
0

T/2

Tt

D

R
D3

Vm

0

D4

T/2

Tt

B

-Vm

Figura 10-1. Rectificación de la corriente alterna en un puente de diodos. A la izquierda se representa la
tensión de entrada Ve que se aplica en los puntosA y B, y a la derecha la tensión de salida entre los puntos C y D, Vs

Otra aplicación es la puerta inversora, una puerta lógica cuya tabla de
verdad es la que se muestra en la tabla, y que se puede realizar mediante el
circuito de la Figura 10-2 que contiene un transistor:
5V
R3

INVERSOR

C

Y
vO

A
A

Y

Y=A

vi

R1

Entrada: A
1
0

R2

0V

Salida: Y
0
10V

Figura 10-2. Puerta lógica inversora

En estos dos circuitos aparecen el diodo y transistor, componentes que
actualmente se construyen utilizando materiales semiconductores. El comportamiento de dichos elementos se debe a la naturaleza de estos materiales. Los
ejemplos más característicos de materiales semiconductores son el Ge y Si,
aunque existen muchos otros: GaAs (Arseniuro deGalio), GaP, InAs, InP, InGaAs, InGaAsP, GaAsP, SiC, ZnSe,… En este tema describiremos las propiedades fundamentales de los materiales semiconductores, e introduciremos el
10-2

modelo del enlace covalente que nos permitirán entender su comportamiento.
Este estudio se realizará desde un punto de vista puramente cualitativo y descriptivo, puesto que la comprensión completa de las características y...