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Introducción a la Tecnología de los Computadores.

T1-1

TEMA 1. Principios Básicos de Semiconductores
CONDUCTORES, AISLANTES Y SEMICONDUCTORES.

Introducción a la Tecnología de los Computadores.

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Para estudiar las propiedades de conducción de los semiconductores se utiliza el
modelo de Bandas de Energía, basado en la aglomeración de los diferentes
niveles de energía de los orbitalesatómicos. Se forman tres tipos de bandas:

Una de las propiedades características de los materiales es la resistividad (ρ),
que es la inversa de la conductividad (σ). En función del valor de dicha
propiedad los materiales son:
SEMICONDUCTORES
CONDUCTORES
AISLANTES

Banda de Electrones de
Valencia (BV)
Banda de Electrones de
Conducción (BC)
Banda Prohibida (BP) o
gap

ρ ≈ 10
ρ ≈ 10-6
ρ ≈ 104
-2DIFERENCIAS PRINCIPALES
SEMICONDUCTORES
• Tienen dos tipos de portadores
Huecos
Electrones
• Al aumentar la temperatura
disminuye la resistividad

CONDUCTORES
• Tienen un solo tipo de portador
Electrones
• Al aumentar la temperatura
aumenta la resistividad

Los SEMICONDUCTORES son sólidos cristalinos con enlaces covalentes.
Podemos distinguir:
Elementales: Si, Ge.
Compuestos: AsGa, PGa, OZn, y otrasaleaciones.
La estructura cristalina del Si, base de la “inteligencia artificial”, es idéntica a la
del C, base de la “inteligencia humana”; se trata de la estructura diamantina:
Representación tridimensional

Representación bidimensional

La distancia que define la periodicidad de una red cristalina, determina el grado
de interacción entre los electrones de los orbitales externos (valencia), de modoque las Bandas de Conducción y de Valencia pueden adoptar diferentes
configuraciones, dependiendo si quedan separadas por una Banda Prohibida, o si
resultan solapadas, así como por el grado de ocupación de los orbitales
contenidos en cada capa. Así, si la distancia de cristalización se correspondiese
con r1 las Bandas de Conducción y de Valencia quedarían separadas por una
Banda Prohibida de valorEg (energía del gap). Estos materiales no son
conductores de modo espontáneo. Si el valor de Eg supera los 2 eV, el material
tiende a ser aislante, ya que resultará difícil conseguir que algún electrón de la
Banda de Valencia salte a la Banda de Conducción para que facilite el
movimiento de carga.

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Introducción a la Tecnología de losComputadores.

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TIPOS DE SEMICONDUCTORES

Si la Banda de Conducción y la Banda de Valencia quedan separadas por
distancias energéticas de alrededor de 1 eV, como es el caso del Si, algunos
estados en la Banda de Conducción pueden ser ocupados por electrones que
hayan saltado desde la Banda de Valencia (esto significa que se han salido de su
posición de enlace habitual, o que han roto el enlace), yen este caso el material
será débilmente conductor, pero sólo a partir de una cierta temperatura, ya que a
0ºK el material será totalmente aislante. A este tipo de materiales se le denomina
Semiconductores.

Los Semiconductores Intrínsecos son aquellos materiales que presentan una
conductividad nula a bajas temperaturas, pero que pueden ser débilmente
conductores a temperatura ambiente, debido aque la anchura de la Banda
Prohibida no es elevada, lo que hace que la resistividad del material, con ser alta
no sea infinita. Algunos de los semiconductores intrínsecos, o en estado de
máxima pureza más conocidos son el Silicio (Si), el Germanio (Ge), o el
Arseniuro de Galio (AsGa). La tabla muestra la anchura de la Banda Prohibida
para los mismos.

En este tipo de semiconductor existe unequilibrio entre el número de electrones
libres (n) y el número de huecos libres (p)

Si la distancia de cristalización corresponde al caso r2 da lugar a un
solapamiento de la Banda de Conducción y la de Valencia, y en este caso los
electrones pueden moverse con total libertad, pues romper un enlace para
conducir requiere muy poca energía, y a temperaturas fuera de los 0ºK esto
sucede de forma natural....