SEMICONDUCTORES

los semiconductores intrínsecos y los semiconductores dopados

IntroducciónEn esta interfaz hay una

densidad local de carga diferente a la del seno de ambas fases,

produciéndose un campo eléctrico que actúa como fuerza

impulsora en el proceso de transferencia de carga.

La interfaz semiconductor solución acuosa tiene como rasgo distintivo

que la redistribución de carga se extiende significativamente tanto del

lado de la solución como del lado del semiconductor.

En este capítulo se propone una descripción de esta interfaz a partir

de la estructura electrónica del semiconductor y de la distribución

de iones en la solución.

Estructura Atómica De Los Semiconductores

Las propiedades eléctricas de un material semiconductor

vienen determinadas por su estructura atómica.

En un cristal puro de germanio o de silicio, los átomos están unidos

entre sí en disposición periódica, formando una rejilla cúbica

tipo diamante perfectamente regular.

Cada átomo del cristal tiene cuatro electrones de valencia, cada uno

de los cuales interactúa con el electrón del átomo vecino formando un

enlace covalente.

Al no tener los electrones libertad de movimiento, a bajas

temperaturas y en estado cristalino puro, el material actúa como un

Estructura electrónica de semiconductores

Los semiconductores constituyen una amplia clase de

materiales cuya conductividad eléctrica aumenta con la

temperatura y es significativamente menor que la de los

metales; las propiedades generales de estos

materiales, y sus numerosas aplicaciones, son

descriptas en varios,

En este capítulo nos ocuparemos sólo de

los aspectos relevantes para, tales como la generación

de pares electrón hueco por absorción de fotones y la

distribución de estados electrónicos en la superficie.

Placa de circuito y transistores

Placa de circuito y transistores

imagen ampliada de la placa de circuitos de un detector de humo

muestra sus componentes, entre los que se incluyen transistores,

reóstatos, condensadores, diodos y bobinas.

Los transistores que permiten el funcionamiento del circuito están

encerrados en unos contenedores redondos plateados. Los

transistores pueden efectuar diversas funciones, sirviendo, por

ejemplo, de amplificadores, interruptores y osciladores. Cada

transistor consta de un pequeño trozo de silicio al que se le han

aplicado átomos de impurezas para crear semiconductores de tipo n y

de tipo p. Inventados en 1948, los transistores son un componente

fundamental en casi todos los dispositivos electrónicos.

unión pn

Una unión pn (también denominada diodo)

permitirá que la corriente fluya en un solo

sentido.

Los electrones del material tipo n pueden fluir

hacia la izquierda atravesando el material tipo p, pero la

falta de un exceso de electrones en el material tipo p

impedirá cualquier flujo de electrones hacia la derecha.

Obsérvese que se define que la corriente fluye en sentido

opuesto al del flujo de los electrones

FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR

En un transistor se pueden combinar dos uniones para obtener amplificación, un tipo,

llamado transistor de unión np, consiste en una capa muy fina de material tipo p entre dos secciones

de material tipo n, formando un circuito como el mostrado en la figura El material tipo n a la

izquierda del diagrama representa el elemento emisor del transistor, que constituye la fuente de

electrones.

Para permitir el avance de la corriente a lo largo de la unión np, el emisor tiene un pequeño

voltaje negativo con respecto a la capa tipo p, o componente base, que controla el flujo de electrones.

El material tipo n en el circuito de salida sirve como elemento colector y tiene un voltaje positivo alto

con respecto a la base, para evitar la inversión del flujo de corriente.

Los electrones que salen del

emisor entran en la base, son atraídos hacia el colector cargado positivamente y fluyen a través del

circuito de salida. La impedancia de entrada la resistencia al paso de corriente entre el emisor y la

base es reducida, mientras que la impedancia de salida entre el colector y la base es elevada, por lo

tanto, pequeños cambios en el voltaje de la base provocan grandes cambios en la caída de voltaje a

lo largo de la resistencia del colector, convirtiendo a este tipo de transistor en un eficaz amplificador.

Similar al tipo npn en cuanto a su funcionamiento, el transistor de unión pnp dispone también de dos

uniones y es equivalente al tubo de vacío denominado triodo, otros tipos con tres uniones, tales como

el transistor de unión npnp, proporcionan mayor amplificación que los transistores de dos.

amplificador de transistor npn

tensión de una fuente se aplica a la base del transistor , los

pequeños cambios en esta tensión aplicada a través de R1

entrada dan como resultado grandes cambios en la tensión a

través del reóstato indicado como R2 salida.

Una posible aplicación de este circuito podría ser la amplificación de

sonidos. En este caso, la entrada sería un micrófono y el reóstato R2

sería un altavoz. Los amplificadores de alta fidelidad tienen muchos

más transistores, tanto para aumentar la potencia de salida como para

reducir la distorsión que se produce en circuitos sencillos como el que

se ve en la ilustración.

+ - - + E

Estructura de bandas

Semiconductores Dopados

La adición de un pequeño porcentaje de átomos

extraños en la red cristalina regular de silicio o germanio,

produce unos cambios espectaculares en sus propiedades

eléctricas, dando lugar a los semiconductores de tipo

n y tipo p Impurezas pentavalentes

Los átomos de impurezas con 5 electrones de

valencia, producen semiconductores de tipo n, por

la contribución de electrones extras.

Los átomos de impurezas con 3 electrones de valencia, producen

semiconductores de tipo p, por la producción de un hueco o

deficiencia de electrón.

Impurezas trivalentes

Semiconductores Tipos P y N

Bandas en Semiconductores DopadosLa aplicación de la teoría de bandas a los semiconductores de tipo

n y tipo p muestra que los niveles adicionales se han añadido por las

impurezas.

En el material de tipo n hay electrones con niveles de energía cerca de la

parte superior de la banda prohibida, de modo que pueden ser fácilmente

Excitados hacia la banda de conducción.

En el material de tipo p, los huecos adicionales en la banda prohibida,

permiten la excitación de los electrones de la banda de valencia,

dejando huecos móviles en la banda de valencia.

DOPADAR

Si aplicamos una tensión al cristal de silicio, el positivo de la pila intentará atraer los

electrones y el negativo los huecos favoreciendo así la aparición de una corriente a

través del circuito.

Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio, ahora bien, esta

corriente que aparece es de muy pequeño valor, pues son pocos los electrones que

podemos arrancar de los enlaces entre los átomos de silicio, Para aumentar el valor de

dicha corriente tenemos dos posibilidades aplicar una tensión de valor superior

Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el exterior

La primera solución no es factible pues, aún aumentando mucho el valor de la tensión

aplicada, la corriente que aparece no es de suficiente valor. La solución elegida es la

segunda.

En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".

El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos de otros elementos. A estos últimos

se les conoce con el nombre de impurezas. Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al

semiconductor puro o intrínseco aparecen dos clases de semiconductores.

Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

SEMICONDUCTOR DOPADO