Un semiconductor es un componente que no es
directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante. En un
conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas
(electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas por el
movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los
semiconductores son aquellos elementos perteneciente al grupo IV de la Tabla
Periódica (Silicio, Germanio, etc). Generalmente a estos se le introducen átomos
de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba
primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza
introducida. Otra característica que los diferencia se refiere a su
resistividad, estando ésta comprendida entre la de los metales y la de los
aislantes.
Fig. 1. Disposición esquemática de los átomos de un
semiconductor de silicio puro, no existen electrones ni huecos libres
La disposición esquemática de los átomos para un semiconductor
de silicio podemos observarla en la figura 1, Las regiones sombreadas
representan la carga positiva neta de los núcleos y los puntos negros son los
electrones, menos unidos a los mismos.
La fuerza que mantiene unidos a los átomos entre sí es el resultado del hecho
de que los electrones de conducción de cada uno de ellos, son compartidos por
los cuatro átomos vecinos.
A temperaturas bajas la estructura normal es la que se muestra en la figura 1
en la cual no se observa ningún electrón ni hueco libre y por tanto el
semiconductor se comporta como un aislante.
Fig 2. El aumento de temperatura rompe algunas uniones entre átomos
liberándose un cierto número de electrones.
En cambio, a la temperatura ambiente (20-25 grados C.) algunas
de las fuertes uniones entre los átomos se rompen debido al calentamiento del
semiconductor y como consecuencia de ello algunos de los electrones pasan a ser
libres. En la figura siguiente se representa esta situación. La ausencia del
electrón que pertenecía a la unión de dos átomos de silicio se representa por un
círculo.
La forma en que los huecos contribuyen a la corriente, se
detalla seguidamente Cuando un electrón puede vencer la fuerza que le mantiene
ligado al núcleo y por tanto abandona su posición, aparece un hueco, y le
resulta relativamente fácil al electrón del átomo vecino dejar su lugar para
llenar este hueco.
Este electrón que deja su sitio para llenar un hueco, deja a su vez otro hueco
en su posición inicial, De esta manera el hueco contribuye a la corriente lo
mismo que el electrón, con una trayectoria de sentido opuesto a la de éste.
Semiconductores Intrínsecos
o puros, Impurezas dadoras o donadoras e Impurezas aceptadoras.
Se denomina semiconductor puro aquél en que los átomos que lo
constituyen son todos del mismo tipo (por ejemplo de germanio), es decir no
tiene ninguna clase de impureza.
Si a un semiconductor puro como el silicio o el germanio, se le añade una pequeña
cantidad de átomos distintos (por ejemplo arsénico, fósforo, etc). se
transforma en un semiconductor impuro.
A las impurezas se las clasifica en donadoras y aceptoras.
Si a la estructura del semiconductor de silicio se le añade alguna impureza,
como puede ser el arsénico (As), que tiene cinco electrones externos ligados al
núcleo con carga positiva +5.
Cuatro de los cinco electrones del átomo de arsénico
se unirán a los correspondientes electrones de los cuatro átomos de silicio
vecinos, y el quinto quedará inicialmente libre, sin una posible unión, y por
tanto se convertirá en un portador de corriente. A este tipo de impurezas que
entregan electrones portadores (negativos) se los denomina donadores o del tipo
«n».
En un semiconductor con impurezas del tipo n, no sólo aumenta el número de
electrones sino que también la cantidad de huecos disminuye por debajo del que
tenía el semiconductor puro.
La causa de esta disminución se debe a que una parte de los electrones libres
llena algunos de los huecos existentes.
Si al semiconductor puro de silicio se le añade algún tipo de impureza que
tenga tres electrones externos, solo podrá formar tres uniones completas con
los átomos de silicio, y la unión incompleta dará lugar a un hueco.
Este tipo de impurezas proporcionan entonces portadores positivos, ya que crean
huecos que pueden aceptar electrones; por consiguiente son conocidos con el
nombre de aceptores, o impurezas del tipo «p». Al contrario de lo que
sucedía antes en el tipo n en un semiconductor con impurezas de tipo p
los portadores que disminuyen son los electrones en comparación, con los que
tenía el semiconductor puro.
A los semiconductores que contengan ya sea impurezas donadoras
o aceptoras, se les llama respectivamente de tipo n o p. En un semiconductor del
tipo n, los electrones se denominan portadores mayoritarios y los huecos
portadores minoritarios.
En un material de tipo p, los huecos son portadores mayoritarios, y los
electrones portadores minoritarios. |
