Vladimir tello chumacero

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*Se dice que un semiconductor es “intrínseco”

cuando se encuentra en estado puro, o sea,

que no contiene ninguna impureza, ni átomos

de otro tipo dentro de su estructura. En ese

caso, la cantidad de huecos que dejan los

electrones en la banda de valencia al atravesar

la banda prohibida será igual a la cantidad de

electrones libres que se encuentran presentes

en la banda de conducción

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*Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente eléctrica.

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*Como se puede observar en la ilustración, en el caso de los semiconductores el espacio correspondiente a la banda prohibida es mucho más estrecho en comparación con los materiales aislantes. La energía de salto de banda (Eg) requerida por los electrones para saltar de la banda de valencia a la de conducción es de 1 eV aproximadamente. En los semiconductores de silicio (Si), la energía de salto de banda requerida por los electrones es de 1,21 eV, mientras que en los de germanio (Ge) es de 0,785 eV.

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* Estructura cristalina de un semiconductor intrínseco, compuesta solamente por átomos de silicio (Si) que forman una celosía. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear así un cuerpo sólido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportará igual que si fuera un cuerpo aislante.

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*Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas".

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*Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita [como el galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también en su última órbita [como el antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente eléctrica.

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* En la actualidad el elemento másutilizado para fabricar semiconductorespara el uso de la industria electrónicaes el cristal de silicio (Si) por ser uncomponente relativamente barato deobtener. La materia prima empleadapara fabricar cristales semiconductoresde silicio es la arena, uno de losmateriales más abundantes en lanaturaleza. En su forma industrialprimaria el cristal de silicio tiene laforma de una oblea de muy poco grosor(entre 0,20 y 0,25 mmaproximadamente), pulida como unespejo.

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* El segundo elemento también utilizadocomo semiconductor, pero en menorproporción que el silicio, es el cristal degermanio (Ge).

* Durante mucho tiempo se empleótambién el selenio (S) para fabricardiodos semiconductores en forma deplacas rectangulares, que combinadas ymontadas en una especie de eje seempleaban para rectificar la corrientealterna y convertirla en directa. Hoy endía, además del silicio y el germanio, seemplean también combinaciones deotros elementos semiconductorespresentes en la Tabla Periódica.

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*En la producción de semiconductores, se denomina

dopaje al proceso intencional de agregar impurezas

en un semiconductor extremadamente puro

(también referido como intrínseco) con el fin de

cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas

utilizadas dependen del tipo de semiconductores a

dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y

moderados se los conoce como extrínsecos. Un

semiconductor altamente dopado, que actúa más

como un conductor que como un semiconductor, es

llamado degenerado.

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*El número de átomos dopantes necesitados para

crear una diferencia en las capacidades conductoras

de un semiconductor es muy pequeña. Cuando se

agregan un pequeño número de átomos dopantes

(en el orden de 1 cada 100.000.000 de átomos)

entonces se dice que el dopaje es bajo o ligero.

Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden

de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el

dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se

representa con la nomenclatura N+ para material de

tipo N, o P+ para material de tipo P.

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* Tipo N

* Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que "donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

* El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.

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* Tipo P

* Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos.

* El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el caso del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco de electrón.