SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS

Los semiconductores extrínsecos son soluciones sólidas sustitucionales muy diluidas, Esto ocurre cuando a un semiconductor intrínseco es decir un cristal de silicio o germanio que viene a ser el disolvente se la añade un cierto porcentaje de impurezas, estas impurezas pueden ser elementos trivalentes o pentavalentes o sea de característica de valencia diferente a la del semiconductor intrínseco. Cuando esto ocurre se dice que el semiconductor está dopado. Evidentemente, las impurezas formarán parte de la estructura cristalina, sustituyendo al correspondiente átomo de Silicio o Germanio. La concentración de átomos de impurezas añadidos al semiconductor están en el rango de 100 a 1000 partes por millón (ppm).

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO N (TIPO NEGATIVO)

Un semiconductor extrínseco tipo  se obtiene añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor intrínseco para aumentar el número de portadores de carga, en este caso electrones.[pic 1]

Si a una red cristalina de silicio se le es sustituido un átomo de silicio por otro del grupo VA, por ejemplo el fósforo, dado a que el silicio es un elemento tetravalente, habrá un electrón sobrante sobre los cuatro necesarios para formar el enlace covalente tetraédrico en la red de silicio.

 Los semiconductores de silicio o germanio con impurezas de átomos de fósforo, arsénico, o antimonio se denominan del tipo n porque la mayoría de los portadores de carga son electrones.

[pic 2]

Este electrón extra está ligeramente unido al núcleo del fósforo que está cargado positivamente, con una energía de enlace de 0.044 eV a 27ºC que es el 5% de la energía necesaria para dar un salto de 1.1 eV a la banda de conducción desde la banda de valencia que bajo la acción de un campo eléctrico, este salto es posible y en consecuencia el electrón queda libre y el fósforo ionizado.

En conclusión, cuando se añaden átomos de impurezas del grupo VA tales como el fósforo, el arsénico y el antimonio,  al silicio o germanio, proporcionan con facilidad electrones para la conducción eléctrica.

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO  (TIPO POSITIVO)[pic 3]

Para la formación de semiconductores extrínsecos tipo  se debe añadir átomos de impurezas del grupo IIIA tales como el boro a la red cristalina de silicio o germanio, con el fin de crear portadores de cargas libres, en este caso huecos de electrones.[pic 4]

Si se aplica un campo eléctrico al cristal de silicio, un electrón de otro enlace tetraédrico puede reunir la energía necesaria para desprenderse de su posición de enlace y dirigirse al hueco existente en torno al átomo de boro. Entonces el átomo de boro queda ionizado positivamente y el hueco formado para la ionización se comporta como una carga positiva y migra hacia la terminal negativa del cristal de silicio.

La mayoría de los portadores de carga en la estructura de enlace de este semiconductor son huecos, debido a esto se lo denomina semiconductor extrínseco del tipo p.

[pic 5]

EFECTO DE DOPADO EN LA CONCENTRACIÓN DE PORTADORES EN SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS

En semiconductores de silicio o germanio los electrones móviles y huecos están constantemente en formación y recombinación. El producto de concentraciones de electrones libres y huecos es una constante a una temperatura dada. La relación es:

   LEY DE ACCIÓN DE MASAS[pic 6]

Donde  es la concentración intrínseca de portadores de un semiconductor. Esta relación también es válida para semiconductores extrínsecos. En semiconductores extrínsecos, el aumento de la concentración un portador reducen la concentración del otro, por lo que el producto de la dos concentraciones siempre es una constante a una temperatura dada.[pic 7]

...