Semiconductor
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Semiconductor ye un elementu que se porta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por casu el campu llétrico o magnéticu, la presión, la radiación que-y incide, o la temperatura del ambiente nel que s'atope. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica indicar na tabla axunta.
| Semiconductor | |
|---|---|
material, conductor llétricu y Q31450902  | |
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| Elementu | Grupos | Electrones en la última capa |
|---|---|---|
| Cd | 12 | 2 y- |
| Al, Ga, B, In | 13 | 3 y- |
| Si, C, Ge | 14 | 4 y- |
| P, As, Sb | 15 | 5 y- |
| Se, Te, (S) | 16 | 6 y- |
L'elementu semiconductor más usáu ye'l siliciu, el segundu'l xermaniu, anque idénticu comportamientu presenten les combinaciones d'elementos de los grupos 12 y 13 colos de los grupos 16 y 15 respeutivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Darréu empezóse a emplegar tamién el azufre. La carauterística común a toos ellos ye que son tetravalentes, teniendo'l siliciu una configuración electrónica s²p².
Tipos de semiconductores
editarSemiconductores intrínsecos
editarYe un cristal de siliciu o xermaniu que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbonu por aciu enllaces covalentes ente los sos átomos, na figura representaos nel planu por simplicidá. Cuando'l cristal atopar a temperatura ambiente dellos electrones pueden absorber la enerxía necesaria pa saltar a la banda de conducción dexando'l correspondiente buecu d'electrón buecu na banda de valencia (1). Les enerxíes riquíes, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV pal siliciu y el xermaniu respeutivamente.
Obviamente el procesu inversu tamién se produz, de cuenta que los electrones pueden cayer, dende l'estáu enerxéticu correspondiente a la banda de conducción, a un buecu na banda de valencia lliberando enerxía. A esti fenómenu denominar recombinación. Asocede que, a una determinada temperatura, les velocidaes de creación de pares y-h, y de recombinación iguálense, de cuenta que la concentración global d'electrones y buecos permanez constante. Siendo "n" la concentración d'electrones (cargues negativas) y "p" la concentración de buecos (cargues positivas), cumplir que:
- ni = n = p
siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función esclusiva de la temperatura y del tipu d'elementu.
Exemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27 °C):
- ni(Si) = 1.5 1010cm-3
- ni(Gue) = 2.4 1013cm-3
Los electrones y los buecos reciben el nome de portadores. Nos semiconductores, dambos tipos de portadores contribúin al pasu de la corriente llétrica. Si sométese'l cristal a una diferencia de potencial producen dos corrientes llétriques. Per un sitiu la debida al movimientu de los electrones llibres de la banda de conducción, y por otru, la debida al desplazamientu de los electrones na banda de valencia, que van tender a saltar a los buecos próximos (2), aniciando una corriente de buecos con 4 capes ideales y na direición contraria al campu llétrico que la so velocidá y magnitú ye bien inferior a la de la banda de conducción.
Semiconductores estrínsecos
editarSi a un semiconductor intrínsecu, como l'anterior, añader un pequeñu porcentaxe de impureces, esto ye, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor denominar estrínsecu, y dizse que ta dopado. Evidentemente, les impureces tendrán de formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomu de siliciu. Anguaño llográronse añader impureces d'una parte por cada 10 millones, llogrando con ello un cambéu del material.
Semiconductor tipu N
editarUn Semiconductor tipu N llógrase llevando a cabu un procesu de dopado añadiendo un ciertu tipu d'átomos al semiconductor pa poder aumentar el númberu de portador de carga portadores de carga llibres (nesti casu negativos o electrones).
Cuando s'añader el material dopante, apurre los sos electrones más sele venceyaos a los átomos del semiconductor. Esti tipu d'axente dopante ye tamién conocíu como material donante, yá que da dalgunos de los sos electrones.
El propósitu del dopaxe tipu n ye'l de producir bayura d'electrones portadores nel material. P'ayudar a entender cómo se produz el dopaxe tipu n considérese'l casu del siliciu (Si). Los átomos del siliciu tienen una valencia atómica de cuatro, polo que se forma un enllaz covalente con cada unu de los átomos de siliciu axacente. Si un átomu con cinco electrones de valencia, tales como los del grupu 15 de la tabla periódica (ej. fósforu (P), arsénicu (As) o antimoniu (Sb)), incorporar a la rede cristalina nel llugar d'un átomu de siliciu, entós esi átomu va tener cuatro enllaces covalentes y un electrón ensin enllazar. Esti electrón extra da como resultáu la formación de "electrones llibres", el númberu d'electrones nel material supera llargamente'l númberu de buecos, nesi casu los electrones son los portadores mayoritarios y los buecos son los portadores minoritarios. Por causa de que los átomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón extra que "dar", son llamaos átomos apurridores. Nótese que cada electrón llibre nel semiconductor nunca ta lloñe d'un ion dopante positivu inmóvil, y el material dopado tipu N xeneralmente tien una carga llétrica neta final de cero.
Semiconductor tipu P
editarUn Semiconductor tipu P llógrase llevando a cabu un procesu de dopado, añadiendo un ciertu tipu d'átomos al semiconductor pa poder aumentar el númberu de portadores de carga llibres (nesti casu positivos o buecos).
Cuando s'añader el material dopante llibera los electrones más sele venceyaos de los átomos del semiconductor. Esti axente dopante ye tamién conocíu como material aceptor y los átomos del semiconductor que perdieron un electrón son conocíos como buecu d'electrón buecos.
El propósitu del dopaxe tipu P ye'l de crear bayura de buecos. Nel casu del siliciu, un átomu tetravalente (típicamente del grupu 14 de la tabla periódica) xúnese-y un átomu con tres electrones de valencia, tales como los del grupu 13 de la tabla periódica (ej. Al, Ga, B, In), ya incorpórase a la rede cristalina nel llugar d'un átomu de siliciu, entós esi átomu va tener trés enllaces covalentes y un buecu producíu que se va alcuéntrase en condición d'aceptar un electrón llibre.
Asina los dopantes crean los "buecos". Sicasí, cuando cada buecu movióse pola rede, un protón del átomu asitiáu na posición del buecu vese "espuestu" y en curtiu vese equilibráu como una cierta carga positiva. Cuando un númberu abondu de aceptores son añadíos, los buecos superen llargamente la escitación térmica de los electrones. Asina, los buecos son los portadores mayoritarios, ente que los electrones son los portadores minoritarios nos materiales tipu P. Los diamantes azules (tipu IIb), que contienen impureces de boru (B), son un exemplu d'un semiconductor tipu P que se produz de manera natural.
Ver tamién
editarReferencies
editarEnllaces esternos
editarSemiconductores y electrónica
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- * Física de semiconductores
Datos: Q11456