Semiconductores. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes

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3 Semiconductores Un semiconductor es un dispositivo que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre. Elemento Grupo Electrones en la última capa Cd II A 2 e - Al, Ga, B, In III A 3 e - Si, Ge IV A 4 e - P, As, Sb V A 5 e - Se, Te, (S) VI A 6 e - [Ne]3s² 3p² La característica común a todos ellos es que son tetravalentes

4 Un cristal de silicio forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden, absorbiendo la energía necesaria, saltar a la banda de conducción, dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente son de 1,1 y 0,72 ev para el silicio y el germanio respectivamente. n i p i E r

5 Aislador Semiconductores ev Aisladores ev Silicio 1.14 Diamante 5.33 Germanio 0.67 Oxido de Zinc 3.2 Antimoniuro de Indio 0.23 Cloruro de Plata Telurio 0.33 Sulfuro de cadmio n = p i i

6 Densidad de electrones y huecos El factor más importante para determinar la conductividad eléctrica de un semiconductor es el número de electrones por unidad de volumen N e E E g E = E g E = 0 N e = Sup. BC Inf. BC D( E) F( E) de

7 Semiconductores Extrínsecos Si a un semiconductor intrínseco, como el Silicio o el Germanio, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Un Semiconductor tipo n se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso, negativas). n > p i i

8 Electrón extra Electrón extra Banda de Conducción Niveles de Impurezas donoras Banda de valencia Banda de Conducción E g Niveles del Donador E d Banda de Valencia

9 Un Semiconductor tipo p se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos (ejemplo Aluminio o Indio, tres electrones en la capa exterior) al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos). Cuando el material dopante es añadido, éste libera los electrones mas débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos. n < p i i

10 Banda de Conducción Niveles Impureza Aceptora Banda de Valencia Banda de Conducción E g Niveles del Aceptor Banda de Valencia E a

11 Dispositivos Semiconductores Los diodos pn son uniones de dos materiales semiconductores extrínsecos tipos p y n, por lo que también reciben el nombre de unión pn. Hay que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga eléctrica, ya que en cada cristal, el número de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros.

12 V V si 0 Ge 0 = 0.7V, = 0.3V Zona depletada A(p) C(n)

13 Polarización directa En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

14 Polarización Inversa En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería.

15 Curva característica del diodo Modelo de Shockley Tensión De Ruptura 6 V I Tensión Umbral qvd nkt = I S e 1 n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).

16 Diodo Láser

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