ALUMNO: Javier Oswaldo Rojas Antón CODIGO:14190144 Tema Tema 1.‐ Teoría Teoría de Semiconductores. 1. Si en un semiconductor intrínseco se aumenta muc!o la tem"eratura a# Se "uede rom"er el e$uili%rio entre electrones & !uecos %# Su resistividad aumenta c) Puede llegar a comportarse como un buen conductor. 'n un semiconductor intrínseco al aumentar la tem"eratura T aumenta la cond conduc ucti tivi vida dad d ( de%i de%ido do a $ue $ue se li%e li%era ran n m) m)ss "are "aress elec electr trón ón! !ue ueco co** aumentando la concentración intrínseca de "ortadores. 'n la +r),ca esta variación se muestra con la +r),ca de semiconductor intrínseco o "uro.
-. 'n un semiconductor intrínseco a# o e/isten im"ureas de nin+n ti"o b) La concentracin de electrones ! "uecos depende de la temperatura. c# 2a concentración de electrones & !uecos de"ende de si es ti"o " o ti"o n 1. A tem"eraturas mu& %ajas* "ró/imas a 0 3* los )tomos de im"ureas &a se encuentran ioniados "or tener una ener+ía de ioniación mu& %aja "or lo tant tanto* o* tend tendre remo moss una una conc concen entr trac ació ión n de "orta "ortado dore ress si+n si+ni, i,ca cati tiva va $ue $ue "osi%ilitan la conducción* incluso a tem"eraturas %ajísimas. 5e este modo la curva su%e mu& r)"idamente. -. Al aumen aumentar tar la tem"er tem"eratu atura* ra* la condu conducti ctivid vidad ad no aume aumenta nta de modo modo sens se nsi% i%le le** "ues "ues &a se !an !an ioni ionia ad do toda todass las las im"u im"urreas eas** & aun$ aun$u ue aumen aumentem temos os m) m)ss la tem"e tem"erat ratura ura** la concen concentra tració ción n de 6s 6stas tas no "uede "uede aumentar m)s. 2os "ares electrón 7 !ueco +enerados t6rmicamente son cuantitativamente cuantitativamente insi+ni,cantes si la tem"eratura no es e/cesiva.
8. :u)l de los si+uientes conce"tos descri%e mejor a un semiconductor ti"o n; a# :ar+ado "ositivamente b) Cargado negati#amente c# eutro
en este caso ne+ativos o electrones#.
4. 'n un semiconductor e/trínseco ti"o n a# 'st) do"ado con im"ureas trivalentes b) La concentracin de "uecos depende de la concentracin de impure$as donadoras c# o !a%r) !uecos "or ser de ti"o n 's el $ue est) im"uri,cado con im"ureas ?5onadoras?* $ue son im"ureas "entavalentes. :omo los electrones su"eran a los !uecos en un semiconductor ti"o n* reci%en el nom%re de ?"ortadores ma&oritarios?* mientras $ue a los !uecos se les denomina ?"ortadores minoritarios?. Al a"licar una tensión al semiconductor de la ,+ura* los electrones li%res dentro del semiconductor se mueven !acia la i$uierda & los !uecos lo !acen !acia la derec!a. :uando un !ueco lle+a al e/tremo derec!o del cristal* uno de los electrones del circuito e/terno entra al semiconductor & se recom%ina con el !ueco.
@.
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de CósCoro. Tras un an)lisis de la misma se com"rue%a $ue la concentración de !uecos es de D@ !uecos B cm8. :u)l es la concentración de im"ureas $ue se !an introducido en la muestra; a# @.109 )tomos B cm8 b) %.&'&( tomos * cm% c# D@ )tomos B cm8 'l nmero de "ortadores li%res en un conductor es un Cactor $ue de"ende de la naturalea de 6ste & de la tem"eratura. Si llamamos n a la concentración de electrones li%res >electronesBm8# & p a la concentración de !uecos >!uecosBm8#* el "roducto entre am%os es constante > ley de acción de masas# & valeE n·p = ni FG nF>1*@.1010#- B D@ F %.&'&( 2lam)ndose ni concentración intrínseca* nmero $ue de"ende de la naturalea del cristal* & de la tem"eratura. 2
D. :uando un electrón li%re se recom%ina con un !ueco en la re+ión de la %ase* el electrón li%re se convierte en a# un electrón de la ca"a de conducción b) un electrn de #alencia c# un "ortador ma&oritario Al !a%er una re"ulsión mutua* los electrones li%res en el lado n se dis"ersan en cual$uier dirección. Al+unos electrones li%res se diCunden & atraviesan la unión* cuando un electrón li%re entra en la re+ión " se convierte en un "ortador minoritario & el electrón cae en un !ueco* el !ueco desa"arece & el electrón li%re se convierte en electrón de valencia. :uando un electrón se diCunde a trav6s de la unión crea un "ar de iones* en el lado n con car+a "ositiva & en el " con car+a ne+ativa.
H. 'le+ir la a,rmación correcta acerca de las características de metales* semiconductores & aislantesE a) Al aumentar la temperatura los metales conducen peor+ ! por el contrario+ los semiconductores conducen me,or. Los aislantes se comportan de manera parecida a los semiconductores+ pero su banda pro"ibida es muc"o ms anc"a. %# Al aumentar la tem"eratura los metales conducen mejor* & "or el contrario* los semiconductores conducen "eor. 2os aislantes se com"ortan de manera "arecida a los semiconductores* "ero su %anda "ro!i%ida es muc!o m)s anc!a. c# Al aumentar la tem"eratura los metales conducen "eor* & "or el contrario* los semiconductores conducen mejor. 2os aislantes no tienen %anda "ro!i%ida & no "ueden conducir la corriente. d# Al aumentar la tem"eratura los metales conducen mejor* & "or el contrario* los semiconductores conducen "eor. 2os aislantes no tienen %anda "ro!i%ida & no "ueden conducir la corriente.
2os metales se caracterian "or su alta conductividad el6ctrica. 'n un metal los )tomos se encuentran em"acados mu& cerca unos de otros de tal Corma $ue los niveles ener+6ticos de cada )tomo se ven aCectados "or los de los )tomos vecinos* lo cual da lu+ar a trasla"e de or%itales. 2a interacción entre dos or%itales atómicos conduce a la Cormación de un or%ital molecular de enlace & otro de antienlace. :omo el nmero de )tomos e/istente incluso en un "e$ue=o troo de sodio met)lico es demasiado +rande* el corres"ondiente nmero de or%itales moleculares $ue se Corman es tam%i6n mu& +rande. 'stos or%itales moleculares tienen ener+ías tan "arecidas $ue se descri%en en Corma m)s adecuada como una ?%anda?. 'ste conjunto de niveles tan cercanos en ener+ía se conoce como %anda de valencia* como se muestra en la ,+ura. 2a "arte su"erior de los niveles ener+6ticos corres"onde a los or%itales moleculares deslocaliados vacíos* $ue se Corman "or el trasla"e de los or%itales 8". 'ste conjunto de niveles vacíos cercanos ener+6ticamente se llama %anda de conducción.
'n virtud de $ue las %andas de valencia & de conducción son ad&acentes* se re$uiere sólo una cantidad des"recia%le de ener+ía "ara "romover un electrón de valencia a la %anda de conducción* donde ad$uiere li%ertad "ara moverse a trav6s de todo el metal* dado $ue la %anda de conducción carece de electrones. 'sta li%ertad de movimiento e/"lica el !ec!o de $ue los metales sean ca"aces de conducir la corriente el6ctrica* esto es* $ue sean %uenos conductores. Sin em%ar+o* un metal "uede no conducir electricidad "or el mismo motivo de $ue "ierde conductividad al aumentar la tem"eratura. 2os electrones de los metales si+uen el modelo del enlace met)lico* $ue su"one $ue 6stos se !allan Cormando una nu%e. 2a conductividad del metal se %asa* "or tanto* en la ca"acidad $ue tienen los electrones "ara des"laarse "or entre la red de ncleos del metal. :uando aumentamos la tem"eratura* los ncleos vi%ran cada ve m)s* con ma&or elon+ación* & eso "rovoca $ue los caminos $ue si+uen los electrones se vean di,cultados* & "ierdan conductividad los materiales. Ior $u6 las sustancias como la madera o el vidrio no conducen la electricidad; 2a ,+ura 1 da una res"uesta a esta "re+unta. )sicamente* la conductividad el6ctrica de un sólido de"ende del es"aciamiento & el estado de ocu"ación de las %andas de ener+ía. Otros metales se "arecen al ma+nesio en el !ec!o de $ue sus %andas de valencia son ad&acentes a las de conducción &* "or lo tanto* estos metales actan C)cilmente como conductores. 'n un aislante la %rec!a entre las %andas de conducción & de valencia es considera%lemente ma&or $ue en un metalE en consecuencia* se re$uiere muc!a ma&or ener+ía "ara e/citar un electrón a la %anda de conducción. 2a carencia de esta ener+ía im"ide la li%re movilidad de los electrones. 'l vidrio* la madera & el !ule son aislantes comunes.
9. el +alio tiene tres electrones en la ltima ca"a electrónica...#* siendo la concentración de im"ureas do"antes de 101 )tomoBcm8. 5e $u6 ti"o es la im"urea de +alio;E a# ti"o n b) tipo p c# donadora d# no tiene inKuencia en el silicio Al material $ue tiene )tomos de im"ureas $ue "ermiten la Cormación de !uecos sin $ue a"arecan electrones asociados a los mismos se les llama de ti"o I* como ocurre al rom"erse una li+adura. 2os )tomos de este ti"o se llaman aceptores* &a $ue ?ace"tan? o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres* como el Aluminio* el Lndio o el Malio. uevamente* el )tomo introducido es neutro* "or lo $ue no modi,car) la neutralidad el6ctrica del cristal* "ero de%ido a $ue solo tiene tres electrones en su ltima ca"a de valencia* a"arecer) una li+adura rota* $ue tender) a tomar electrones de los )tomos "ró/imos* +enerando ,nalmente m)s !uecos $ue electrones* "or lo $ue los "rimeros ser)n los "ortadores ma&oritarios & los se+undos los minoritarios. Al i+ual $ue en el material ti"o * la cantidad de "ortadores ma&oritarios ser) Cunción directa de la cantidad de )tomos de im"ureas introducidos.
10. Iara el enunciado de la "re+unta 9* la concentración de electronesE a# 101 eBcm8 b) -+& &' e/*cm% c# 1*4@1010 eBcm8 d# nin+una de 6stas
n·p = ni FG nF>1*[email protected]#- B 101 F -+&'-0.&' 2
11. Iara el enunciado de la "re+unta 9* la concentración de !uecosE a) &'&1 "2*cm% %# -*1104 !NBcm8 c# 1*4@1010 !NBcm8 d# nin+una de 6stas 5entro de los datos nos indican la concentración de im"ureas do"antes* $ue re"resentan a la concentración de !uecos* entonces 6sta esE 101 !NBcm8.
1-. :u)l tiene ma&or conductividad;E a# Semiconductor intrínseco de silicio a tem"eratura 0 3 b) 3emiconductor de silicio dopado con &'&1 tomos*cm% de boro+ a temperatura am%iente c# Semiconductor de silicio do"ado con 1014 )tomosBcm8 de %oro* a tem"eratura am%iente d# Semiconductor intrínseco de silicio a tem"eratura am%iente 'l cristal de silicio es diCerente de un aislante "or$ue a cual$uier tem"eratura "or encima del cero a%soluto* e/iste una "ro%a%ilidad ,nita de
$ue un electrón en la red sea +ol"eado & sacado de su "osición* dejando tras de sí una de,ciencia de electrones llamada ?!ueco?. Si se a"lica un voltaje* entonces tanto el electrón como el !ueco "ueden contri%uir a un "e$ue=o Kujo de corriente. 2a conductividad de un semiconductor "uede ser modelada en t6rminos de la teoría de %andas de sólidos. 'l modelo de %anda de un semiconductor su+iere $ue* a tem"eraturas ordinarias !a& una "osi%ilidad ,nita de $ue los electrones "ueden alcanar la %anda de conducción* & contri%uir a la conducción el6ctrica. 'l nmero de )tomos do"antes necesitados "ara crear una diCerencia en las ca"acidades conductoras de un semiconductor es mu& "e$ue=a. :uando se a+re+an un "e$ue=o nmero de )tomos do"antes >en el orden de 1 cada 100.000.000 de )tomos# entonces se dice $ue el do"aje es %ajo o li+ero. :uando se a+re+an muc!os m)s )tomos >en el orden de 1 cada 10.000 )tomos# entonces se dice $ue el do"aje es alto o "esado.
18. :u)l tiene m)s anc!a su %anda "ro!i%ida; a# "uro# de"ende en +ran medida de la anc!ura del +a". 2os nicos "ortadores tiles "ara conducir son los electrones $ue tienen su,ciente ener+ía t6rmica "ara "oder saltar la %anda "ro!i%ida* la cual se de,ne como la diCerencia de ener+ía entre la %anda de conducción & la %anda de valencia. Ior lo tanto un aislante tiene su %anda "ro!i%ida muc!o m)s anc!a $ue un semiconductor o un metal en condiciones normales.
14. 'l %oro tiene 8 electrones de valencia. Si do"amos un semiconductor de silicio con %oro* el semiconductor resultante esE a# etero+6neo %# Ti"o n c) 4ipo p d# Lntrínseco Se llama así al material $ue tiene )tomos de im"ureas $ue "ermiten la Cormación de !uecos sin $ue a"arecan electrones asociados a los mismos* como ocurre al rom"erse una li+adura. 2os )tomos de este ti"o se llaman aceptores* &a $ue ?ace"tan? o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres* como el Aluminio* el Lndio o el Malio. uevamente* el )tomo introducido es neutro* "or lo $ue no modi,car) la neutralidad el6ctrica del cristal* "ero de%ido a $ue solo tiene tres electrones en su ltima ca"a de valencia* a"arecer) una li+adura rota* $ue tender) a tomar electrones de los )tomos "ró/imos* +enerando ,nalmente m)s !uecos $ue electrones* "or lo $ue los "rimeros ser)n los "ortadores ma&oritarios & los se+undos los minoritarios. Al i+ual $ue en el material ti"o * la cantidad de "ortadores ma&oritarios ser) Cunción directa de la cantidad de )tomos de im"ureas introducidos. 'l si+uiente es un ejem"lo de do"aje de Silicio "or el oro >I do"aje#. 'n el caso del %oro le Calta un electrón &* "or tanto* es donado un !ueco de electrón.
5o"aje ti"o I 1@. Si un semiconductor intrínseco se do"a con im"ureas ti"o "* el nmero de electrones li%resE a# Aumenta "or encima del $ue tenía el semiconductor intrínseco b) Disminu!e por deba,o del 5ue ten6a el semiconductor intr6nseco c# o varía d# 's ma&or $ue el nmero de !uecos Se llama do"aje I al material $ue tiene )tomos de im"ureas $ue "ermiten la Cormación de !uecos sin $ue a"arecan electrones asociados a los mismos* "or tanto el nmero de electrones li%res del semiconductor disminu&e. 1. 'n un cristal semiconductorE a# 2a "olaridad de"ender) de la concentración de !uecos & electrones li%res %# 2a concentración de electrones li%res es siem"re i+ual al de !uecos c# 2a concentración de car+as "ositivas es i+ual a la de car+as ne+ativas d) Ninguna de las anteriores es cierta Meneralmente a estos se le introducen )tomos de otros elementos* denominados im"ureas* de Corma $ue la corriente se de%a "rimordialmente a los electrones o a los !uecos* de"endiendo de la im"urea introducida. Otra característica $ue los diCerencia se re,ere a su resistividad* estando 6sta com"rendida entre la de los metales & la de los aislantes. 2a dis"osición es$uem)tica de los )tomos de un semiconductor de silicio "uroE o e/isten electrones ni !uecos li%res. 'l "ro"ósito del do"aje ti"o I es el de crear a%undancia de !uecos. 'n el caso del silicio* una im"urea trivalente deja un enlace covalente incom"leto* !aciendo $ue* "or diCusión* uno de los )tomos vecinos le ceda un electrón com"letando así sus cuatro enlaces. Así los do"antes crean los ?!uecos?. :ada !ueco est) asociado con un ion cercano car+ado ne+ativamente* "or lo $ue el semiconductor se mantiene el6ctricamente neutro en +eneral. 'l "ro"ósito del do"aje ti"o es el de "roducir a%undancia de electrones li%res en el material. Iara a&udar a entender cómo se "roduce el do"aje ti"o consid6rese el caso del silicio >Si#. 2os )tomos del silicio tienen una valencia atómica de cuatro* "or lo $ue se Corma un enlace covalente con cada uno de los )tomos de silicio ad&acentes. Si un )tomo con cinco electrones de valencia* tales como los del +ru"o PA de la ta%la "eriódica >ej. CósCoro >I#* ars6nico >As# o antimonio >S%##* se incor"ora a la red cristalina en el lu+ar de un )tomo de silicio* entonces ese )tomo tendr) cuatro enlaces
covalentes & un electrón no enlaado. 'ste electrón e/tra da como resultado la Cormación de electrones li%res* el nmero de electrones en el material su"era am"liamente el nmero de !uecos* en ese caso los electrones son los "ortadores ma&oritarios & los !uecos son los "ortadores minoritarios. A causa de $ue los )tomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón e/tra $ue ?dar?* son llamados )tomos donantes. ótese $ue cada electrón li%re en el semiconductor nunca est) lejos de un ion do"ante "ositivo inmóvil* & el material do"ado ti"o +eneralmente tiene una car+a el6ctrica neta ,nal de cero. 1D. im"urea ace"tadora#. Si estamos a tem"eratura am%iente "odemos a,rmarE a) 3e trata de un semiconductor intr6nseco. %# 2a concentración de car+as "ositivas ser) i+ual a la de car+as ne+ativas. c# 2a concentración de electrones ser) su"erior a la de !uecos. A los semiconductores se le introducen )tomos de otros elementos* denominados im"ureas* de Corma $ue la corriente se de%a "rimordialmente a los electrones o a los !uecos* de"endiendo de la im"urea introducida. 'n este caso* el %oro +enera un do"aje de ti"o I* entonces e/istir)n m)s !uecos $ue electrones* "or tanto el material semiconductor es un intrínseco. 1H. :u)l tiene ma&or resistividad;E a) 3emiconductor intr6nseco de silicio a temperatura ' 7 %# Semiconductor de silicio do"ado con 101 )tomosBcm8 de %oro* a tem"eratura am%iente c# Semiconductor intrínseco de silicio a tem"eratura am%iente. 'l cristal de silicio es diCerente de un aislante "or$ue a cual$uier tem"eratura "or encima del cero a%soluto* e/iste una "ro%a%ilidad ,nita de $ue un electrón en la red sea +ol"eado & sacado de su "osición* dejando tras de sí una de,ciencia de electrones llamada ?!ueco?. Si se a"lica un voltaje* entonces tanto el electrón como el !ueco "ueden contri%uir a un "e$ue=o Kujo de corriente >conduce#. Adem)s* en los semiconductores no es "osi%le un incremento de la ener+ía de todos los electrones a 0 3* a causa del intervalo de ener+ías "ro!i%idas. 'l incremento de ener+ía a causa de la conducción es a"ro/imadamente i+ual a 10 1- eP* $ue es demasiado "e$ue=o "ara saltar el intervalo "ro!i%ido* el cual suele ser del orden de 1 eP. Ior tanto a 0 3 un semiconductor "uro no "uede conducir en a%soluto su resisti#idad es 8in9nita. Al aumentar la tem"eratura* los metales & los semiconductores se com"ortan de maneras o"uestas. 19. 'n un cristal semiconductorE a# Si es ti"o " !a& m)s car+as "ositivas $ue ne+ativas %# Si es ti"o n las car+as "ositivas se "ueden des"reciar "or$ue son mu& "ocas. c) Ninguna de las anteriores es cierta.
-0.
n × p =ni
2
n: número de e- /volumen p: número de h+ /volumen ni: concentración intrínseca Conducción intrínseca En un semiconductor perfecto, las concentraciones de electrones y de huecos son iguales
n p ni =
=
n: número de electrones por unidad de volumen! en la "anda de conducción p: número de huecos por unidad de volumen! en la "anda de valencia
ni
: #oncentración intrínseca
Solución:
n × p =ni
p
=
ni
2
2
n 10 2
p=
( 2 × 10 ) 50
18
=8 × 10 átomos / cm
3
-1.
:uando se sustitu&e un )tomo de Si "or un )tomo como >oro* Malio# $ue tienen 8 electrones en la ltima ca"aE LIun enlace vacante#. A ese !ueco se "ueden mover otros electrones $ue dejar)n a su ve otros !uecos en la anda de Palencia. 2a im"urea ,ja en el es"acio $uedar) car+ada ne+ativamente >la raón es "or$ue a una TF800 3 todos los )tomos de im"urea !an ca"tado un electrón* como +anan un electrón se car+an ne+ativamente# 'n un semiconductor ti"o "* los do"antes contri%u&en a la e/istencia Ue/tra de !uecosV sin !a%er electrones en la %anda de conducción.
--. Si en un semiconductor intrínseco se aumenta muc!o la tem"eratura a# Se "uede rom"er el e$uili%rio entre electrones & !uecos %# Su resistividad aumenta c) Puede llegar a comportarse como un buen conductor.
-8. A la tem"eratura de cero a%soluto un semiconductor intrínseco tiene a# Iocos electrones li%res %# uc!os !uecos c) Ni "uecos ni electrones libres. Ldealmente* a TF0W3* el semiconductor es un aislante "or$ue todos los electrones est)n Cormando enlaces.
-4. Se a"lica una tensión de una Cuente e/terna a un semiconductor ti"o ". Si en el e/tremo i$uierdo del cristal se a"lica el terminal "ositivo de la tensión* en $u6 sentido circulan los "ortadores ma&oritarios; a# acia la i$uierda b) "ortadores minoritarios# se mueven !acia la i$uierda & los !uecos >"ortadores ma&oritarios# lo !ace !acia la derec!a.
-@. Si desearas "roducir un semiconductor ti"o "* cu)l de los si+uientes em"learías; a) =tomos aceptadores %# tomos donadores c# Lm"ureas "entavalentes. 'st) Cormado "or unos )tomos de SL2L:LO m)s un )tomo >oro* Malio o Lndio# de 8 electrones en la ltima ca"a $ue se le conoce como Utomo ace"tador U"or$ue al Cormar enlace covalente con el Si 8 electrones Corman enlace & se +enera un !ueco $ue a tem"eratura am%iente ace"ta a un electrón.
-. 'n un semiconductor e/trínseco ti"o n a# 'st) do"ado con im"ureas trivalentes b) La concentracin de "uecos depende de la concentracin de impure$as donadoras c# o !a%r) !uecos "or ser de ti"o n 2os semiconductores e/trínsecos ti"o son a$uellos o%tenidos "or la adición de do"antes con m)s valencias $ue el semiconductor intrínseco de "artida. 'n el caso del silicio* $ue es tetravalente se utilian do"antes "entavalentes* "or ejem"lo CósCoro. 'n cada )tomo de CósCoro $uedar) un electrón sin Cormar enlace. 'ste electrón "uede saltar a la %anda de conducción "ero no deja nin+n !ueco* "or lo $ue se dice $ue estos do"antes son donadores de electrones & $uedar)n m)s car+as ne+ativas >electrones# en la %anda de conducción $ue "ositivas >!uecos# en la %anda de valencia. 2a conductividad del material aumenta enormemente* !asta -4100 a=adiendo tan sólo un )tomo donador "or cada 1000 )tomos de silicio.
-D. A tem"eratura am%iente* en una ona semiconductora e/trínseca* cu)ntas im"ureas est)n ioniadas; a# :asi nin+una %# 5e"ende de si la ona es n o " c) Casi todas 'n un semiconductor e/trínseco al estar en tem"eratura am%ienteE 4IPO N Al estar Cormado "or )tomos donadores como el Antimonio >S%# todos se ionian & "ierden un electrón se"ar)ndose del )tomo & "asando a la %anda de conducción. 2a im"urea ,ja en el es"acio $uedar) ioniada >car+ada "ositivamente#. 2os 5o"antes contri%u&en a la e/istencia Ue/tra de electronesV* lo cual aumenta UenormementeV la conductividad de%ida a electrones. 4IPO P Al estar Cormado "or )tomos ace"tadores como el oro ># todos se ionian & ca"tan un electrón. 2a im"urea ,ja en el es"acio $uedar) ioniada >car+ada ne+ativamente#. 2os do"antes contri%u&en a la e/istencia Ue/tra de !uecosV sin !a%er electrones en la %anda de conducción.
-H. 'n la conducción "or !uecos se "roduce a# 2a eliminación de un "ar electrón!ueco b) >l despla$amiento de electrones de #alencia "acia tensiones positi#as c# 'l des"laamiento de electrones de conducción !acia tensiones "ositivas
'l !ueco de electrón tiene valores a%solutos de la misma car+a $ue el electrón "ero* contrariamente al electrón* su car+a es "ositiva. Aun$ue %ien corres"onde el recalcar $ue los !uecos no son "artículas como sí lo es "or ejem"lo el electrón* sino la Calta de un electrón en un semiconductor a cada Calta de un electrón entonces resulta asociada una com"lementaria car+a de si+no "ositivo >N#. Ior ejem"lo cuando un cristal tetravalente >es decir de 4 valencias# como el mu& conocido silicio es do"ado con )tomos es"ecí,cos $ue* como el %oro* "oseen sólo tres electrones en estado de valencia atómica* uno de los cuatro enlaces del silicio $ueda li%re. 's entonces $ue los electrones ad&acentes "ueden con cierta Cacilidad des"laarse & ocu"ar el lu+ar $ue !a $uedado li%re en el enlace este Cenómeno es llamado entonces !ueco. Iara un o%servador e/terno lo antedic!o ser) "erci%ido como el ?des"laamiento de una car+a "ositiva?* sin em%ar+o lo real es $ue se trata del des"laamiento de electrones en sentido o"uesto al m)s Crecuente. 2a descri"ción ,+urada de un !ueco de electrón como si se tratara de una "artícula e$ui"ara%le al electrón aun$ue con car+a el6ctrica "ositiva es en todo caso did)cticamente %astante til al "ermitir descri%ir el com"ortamiento de estos Cenómenos. -9. Si $uiero o%tener un semiconductor de silicio ti"o n* las im"ureas do"antes ser)nE a# Malio %# oro c) ?s@oro Iara Cormar un semiconductor de silicio ti"o n se necesita un nmero "redeterminado de im"ureas "entavalentes >@ electrones de valencia en su ltima ca"a# "ara $ue al Cormar enlaces covalentes & así $uede li%re un electrón. 80. 'li+e la a,rmación correcta. Al aumentar la tem"eraturaE a# 2os semiconductores conducen "eor al i+ual $ue los metales* "or$ue los "ortadores c!ocan m)s entre sí & disminu&e su movilidad %# 2os metales conducen mejor al i+ual $ue los semiconductores* "or$ue !a& m)s "ortadores c) Los semiconductores conducen me,or por5ue "a! ms portadores+ aun5ue disminu!a su mo#ilidad 2os semiconductores a la tem"eratura am%iental es su,ciente "ara $ue se rom"an los enlaces covalentes & "uedan e/istir electrones li%res & !uecos. A ma&or tem"eratura en un semiconductor mejor conductividad "or$ue aumenta la cantidad de "otadores li%res* mientras $ue en un metal aumenta su resistividad. Iero al aumentar su tem"eratura disminu&e su movilidad relativa >ca"acidad de los electrones de moverse "or todo el material#. 2a cantidad de "ortadores li%res +uarda una relación inversa con la movilidad relativa.
81. Se a"lica una tensión de una Cuente e/terna a un semiconductor ti"o " Cuertemente do"ado. Si el terminal "ositivo de la tensión se a"lica en el e/tremo i$uierdo del cristal & el ne+ativo en el derec!oE a# Ior muc!o $ue aumentemos la tensión la corriente ser) insi+ni,cante* &a $ue los "ortadores ma&oritarios son !uecos & 6stos no "ueden circular "or el ca%le. b) Aparece un campo elctrico 5ue tiende a mo#er a los electrones "acia la i$5uierda c# o "uede !a%er cam"o el6ctrico &a $ue a"enas !a& electrones li%res $ue lo Cormen Al a"licarse una tensión* los electrones li%res se mueven !acia la i$uierda & los !uecos lo !acen !acia la derec!a. 'n la ,+ura* los !uecos $ue lle+an al e/tremo derec!o del cristal se recom%inan con los electrones li%res del circuito e/terno.
'n el circuito !a& tam%i6n un Kujo de "ortadores minoritarios. 2os electrones li%res dentro del semiconductor circulan de derec!a a i$uierda. :omo !a& mu& "ocos "ortadores minoritarios* su eCecto es casi des"recia%le en este circuito.
8-. 'n un material semiconductor a# 2a anc!ura de la %anda "ro!i%ida es ma&or si es de ti"o n %# 2a anc!ura de la %anda "ro!i%ida es ma&or si es e/trínseco c) La anc"ura de la banda pro"ibida no depende del tipo de impure$as. 2a %anda "ro!i%ida es la diCerencia entre la ener+ía de la "arte su"erior de la %anda de conducción & la "arte inCerior de la %anda de valencia & su anc!ura de"ende de esta* aun$ue un semiconductor aumenta su conductividad en Corma es"ectacular si cuenta con la "resencia de "e$ue=os "orcentajes de im"ureas* estas no de"enden del ti"o $ue sean.
88. 'n un cristal semiconductor a# Si es ti"o n !a& m)s car+as ne+ativas $ue "ositivas %# Si es ti"o " las car+as ne+ativas se "ueden des"reciar "or$ue son mu& "ocas. c) La carga elctrica total es cero
84. 'n un semiconductor e/trínseco ti"o n* a una tem"eratura insu,ciente "ara o%tener la ener+ía 'M a# 2a concentración de !uecos viene dada "or ni -BA %# o e/isten "ortadores li%res c) Bnicamente tenemos portadores ma!oritarios 2os "ortadores ma&oritarios se encuentran en la %anda "ro!i%ida & si a"licamos una tem"eratura su,ciente "ara o%tener la ener+ía '+ entonces los electrones se mudarían a la %anda de conducción* de no ser su,ciente la ener+ía solo tendríamos a los "ortadores ma&oritarios.
8@. A 800 3 se "uede ase+urar a) La prctica totalidad de los e/ 5ue se encuentran en la banda de conduccin ! "uecos en la banda de #alencia proceden de la ioni$acin de impure$as %# Solamente se dis"one de "ortadores ma&oritarios "rocedentes de la ioniación de im"ureas en la %anda de conducción c# 2os "ortadores ma&oritarios ocu"an niveles "ermitidos dentro de la %anda "ro!i%ida A medida $ue aumentamos la T* los electrones de los niveles donadores "asan a la %anda de conducción & los electrones de la %anda de valencia a los niveles ace"tadores creando !uecos en la %anda de valencia & "roduciendo la ioniación de las im"ureas corres"ondientes. A TX F 800 3* se "uede ase+urar la ioniación total de las im"ureas donadoras & ace"tadoras* o lo $ue es lo mismo* la "r)ctica totalidad de los electrones en la %anda de conducción & de los !uecos de la %anda de valencia "roceden de la ioniación de dic!as im"ureas.