FUNDAMENTOS DE SEMICONDUCTORES Los Los elemen elemento tos s semico semicond nduc uctor tores es son mater materia iales les con con coefc coefcien ientes tes de resistividad resistividad de valores valores intermedios intermedios entre los materiales materiales conductores conductores y los aislantes. Dicho de otro modo son materiales que en circunstancias norm normal ales es no cond conduc ucen en la elec electr tric icid idad ad,, pero pero que al vari variar ar algú algún n parámetro dependiente (luz, temperatura…) vuelve a comportarse como conductor La construccin de cualquier dispositivo electrnico discreto (individual) de estado slido (estructura de cristal duro) o circuito integrado, se inicia con un material semiconductor de la más alta calidad. Los semiconductores son una clase especial de elementos cuya conductividad se encuentra entre la de un buen conductor y la de un aislante. !n general, los materiales semiconductores caen dentro de una de dos clases" de un solo cristal y compuesto. Los semiconductores de un solo crista cristall como como el germ germani anio o (#e) (#e) y el silici silicio o ($i) ($i) tienen tienen una una estru estructu ctura ra cristalina repetitiva, en tanto que compuestos como el arseniuro de galio (#a%s), el sul&uro de cadmio ('d$), el nitruro de galio (#a) y el &os&uro de galio galio y arsn arsnico ico (#a%s*) (#a%s*) se comp compon onen en de dos dos o más más materi materiale ales s semiconductores de di&erentes estructuras atmicas. Los tres semiconductores más frecuentemente utilizados en la construcción de dispositivos electrónicos son Ge, Si y GaAs. !L%'! '+%L!-! *ara apreciar plenamente por qu $i #e son los semiconductores más utilizados por la industria electrnica, hay que entender la estructura atmica de cada uno y cmo están enlazados los átomos entre s/ para &or &ormar mar una una estr estruc uctu tura ra cris crista tali lina na.. -odo odo átom átomo o se comp compon one e de tres tres part part/c /cul ulas as 0ásic ásicas as"" elec electr trn n,, prot protn n y neut neutrrn. n. !n la estr estruc uctu tura ra entr entrel elaz azad ada, a, los los neut neutrrones ones y los los prot proton ones es &or &orman man el núcl núcleo eo11 los los electrones aparecen en r0itas f2as alrededor de ste. !l modelo de 3ohr de los tres materiales.
'omo se muestra en la fgura el átomo de silicio con 45 electrones, tiene cuatro electrones en su última capa y el átomo de #ermanio tiene 67 electrones distri0uidos en sus or0ita de igual manera, am0os átomos tienen un total de cuatro electrones en su última capa a estos electrones se les conoce como electrones de valencia
Enlace covalente del átomo de silicio 1
!n un cristal de silicio o germanio puro los cuatro electrones de valencia &orman un arreglo con otros cuatro electrones de otro átomo del mismo elemento, a este enlace de electrones adyacentes se conoce como enlace covalente en el cual se produce un proceso de intercam0io de electrones de un átomo a otro, el intercam0io de electrones se produce por electrones li0res que rompen el estado de enlace de0ido a que adquieren sufciente energ/a cintica para salir de la estructura entrelazada f2a y este electrn li0re es sensi0le a cualquier campo elctrico como por e2emplo los creados por las &uentes de volta2e . -am0in e8isten causas e8ternas por la que un electrn se li0era del enlace como es el caso de un rayo solar, en el cual e8iste energ/a luminosa en &orma de &otones que hace que un electrn se li0ere del estado entrelazado.
$!9:'+D;'-+45=>5=semiconductores?intrinsecos? y.html Los más empleados histricamente son el germanio (#e) y el silicio ($i)1 siendo ste último el más empleado (por ser mucho más a0undante y poder tra0a2ar a temperaturas mayores que el germanio). 'ada átomo de un semiconductor tiene 5 electrones en su r0ita e8terna (electrones de valencia), que comparte con los átomos adyacentes &ormando 5 enlaces covalentes. De esta manera cada átomo posee @ electrones en su capa más e8terna., &ormando una red cristalina, en la que la unin entre los electrones y sus átomos es muy &uerte. *or consiguiente, en dicha red, los electrones no se desplazan &ácilmente, y el material en circunstancias normales se comporta como un aislante. $in em0argo, al aumentar la temperatura, los electrones ganan energ/a, por lo que algunos pueden separarse del enlace e intervenir en la conduccin elctrica. De esta manera, la resistividad de un semiconductor disminuye con la temperatura (su conductividad aumenta). % temperatura am0iente, algunos electrones de valencia a0sor0en sufciente energ/a calor/fca
'onvirtindose en electrones li0res. $i a estos electrones, se les somete al potencial elctrico, como por e2emplo de una pila, se dirigen al polo positivo. 'uando un electrn li0re a0andona el átomo de un cristal de silicio, de2a en la red cristalina un hueco, cuyo e&ecto es similar al que provocar/a una carga positiva. Los electrones y los huecos reci0en el nom0re de portadores. La conduccin elctrica a travs de un semiconductor es el resultado del movimiento de electrones (de carga negativa) y de los huecos (cargas positivas) en direcciones opuestas al conectarse a un generador. $i se somete el cristal a una di&erencia de potencial se producen dos corrientes elctricas" una de0ida al movimiento de los electrones li0res de la estructura cristalina, y otra de0ida al desplazamiento de los electrones en la 0anda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos pr8imos, originando una corriente de huecos.
$!9:'+D;'-+
Semiconductor tipo P: se emplean elementos trivalentes (6 electrones de valencia) como el 3oro (3), :ndio (:n) o #alio (#a) como dopantes. *uesto que no aportan los 5 electrones necesarios para esta0lecer los 5 enlaces covalentes, en la red cristalina stos átomos presentarán un de&ecto de
de electrones que no pertenecen a la red cristalina. %s/, al material tipo * tam0in se le denomina donador de huecos (o aceptador de electrones). http"==pelandintecno.0logspot.com=7>45=>5=semiconductores?intrinsecos? y.html $emiconductor tipo " $e emplean como impurezas elementos pentavalentes (con B electrones de valencia) como el Cs&oro (*), el %rsnico (%s) o el %ntimonio ($0). !l donante aporta electrones en e8ceso, los cuales al no encontrarse enlazados, se moverán &ácilmente por la red cristalina aumentando su conductividad. De ese
