Introducción a la química (Español)

Términos

• Semiconductor una sustancia con propiedades eléctricas entre las de un buen conductor y las de un buen aislador
• conductorsalguno elemento que puede transmitir electricidad, calor, luz o sonido
• dopeddescribiendo un semiconductor que ha tenido pequeñas cantidades de elementos añadidos para crear portadores de carga

los semiconductores son materiales que tienen propiedades tanto de conductores normales como de aisladores., Los semiconductores se dividen en dos grandes categorías:

• los semiconductores intrínsecos se componen de un solo tipo de material; el silicio y el germanio son dos ejemplos. Estos también se llaman «semiconductores no dopados» o «semiconductores de tipo I. «
• los semiconductores extrínsecos, por otro lado, son semiconductores intrínsecos con otras sustancias añadidas para alterar sus propiedades, es decir, han sido dopados con otro elemento.,

semiconductores intrínsecos

en los semiconductores cristalinos clásicos, los electrones pueden tener energías solo dentro de ciertas bandas (rangos de niveles de energía). La energía de estas bandas se encuentra entre la energía del estado fundamental y la energía del electrón libre (la energía requerida para que un electrón escape completamente del material). Las bandas de energía corresponden a un gran número de estados cuánticos discretos de los electrones. La mayoría de los estados con baja energía (más cerca del núcleo) están ocupados, hasta una banda particular llamada banda de Valencia.,

los semiconductores y aisladores se distinguen de los metales por la población de electrones en cada banda. La banda de Valencia en cualquier metal dado está casi llena de electrones bajo condiciones usuales. En semiconductores, solo unos pocos electrones existen en la banda de conducción justo por encima de la banda de Valencia, y un aislante casi no tiene electrones libres.

los semiconductores y aisladores se distinguen además por la brecha de banda relativa. En los semiconductores, la brecha de banda es pequeña, permitiendo que los electrones poblen la banda de conducción. En los aisladores, es grande, lo que dificulta que los electrones fluyan a través de la banda de conducción.

semiconductores extrínsecos

El nombre «semiconductor extrínseco» puede ser un poco engañoso., Mientras que los materiales aislantes pueden ser dopados para convertirse en semiconductores, los semiconductores intrínsecos también pueden ser dopados, lo que resulta en un semiconductor extrínseco. Hay dos tipos de semiconductores extrínsecos que resultan del dopaje: átomos que tienen un electrón extra (tipo n para negativo, del Grupo V, como el fósforo) y átomos que tienen un electrón menos (tipo p Para positivo, del Grupo III, como el boro).

en la producción de semiconductores, el dopaje intencionalmente introduce impurezas en un semiconductor extremadamente puro o intrínseco con el propósito de cambiar sus propiedades eléctricas., Las impurezas dependen del tipo de semiconductor. Los semiconductores ligeramente y moderadamente dopados se conocen como extrínsecos. Cuando un semiconductor está dopado a un nivel tan alto que actúa más como un conductor que como un semiconductor, se le conoce como degenerado.

semiconductores de tipo N

los semiconductores de tipo N son un tipo de semiconductor extrínseco en el que los átomos dopantes son capaces de proporcionar electrones de conducción adicionales al material huésped (por ejemplo, fósforo en silicio). Esto crea un exceso de portadores de carga de electrones negativos (tipo n).,

los átomos dopantes suelen tener un electrón de Valencia más que un tipo de átomos huésped. El ejemplo más común es la sustitución atómica en sólidos del Grupo IV por elementos del Grupo V. La situación es más incierta cuando el huésped contiene más de un tipo de átomo., Por ejemplo, en semiconductores III-V como el arseniuro de galio, el silicio puede ser un donante cuando sustituye al galio o un aceptor cuando reemplaza al arsénico. Algunos donantes tienen menos electrones de Valencia que el huésped, como los metales alcalinos, que son donantes en la mayoría de los sólidos.

semiconductores de tipo P

un semiconductor de tipo P (p Para «positivo») se crea agregando un cierto tipo de átomo al semiconductor con el fin de aumentar el número de portadores de carga gratuita. Cuando se agrega el material dopante, quita (acepta) electrones externos débilmente Unidos de los átomos semiconductores., Este tipo de agente dopante también se conoce como un material aceptor, y la vacante dejada por el electrón se conoce como un agujero. El propósito del dopaje tipo p es crear una abundancia de agujeros.

en el caso del silicio, se sustituye un átomo trivalente en la red cristalina., El resultado es que falta un electrón de uno de los cuatro enlaces covalentes que normalmente forman parte de la red de silicio. Por lo tanto, el átomo dopante puede aceptar un electrón del enlace covalente de un átomo vecino para completar el cuarto enlace. Esta es la razón por la que estos dopantes se llaman aceptores.

Cuando el átomo dopante acepta un electrón, esto causa la pérdida de la mitad de un enlace del átomo vecino, lo que resulta en la formación de un agujero. Cada agujero está asociado con un ion dopante cargado negativamente cercano, y el semiconductor permanece eléctricamente neutro en general., Sin embargo, una vez que cada agujero se ha alejado en la red, un protón en el átomo en la ubicación del agujero será «expuesto» y ya no cancelado por un electrón. Este átomo tendrá tres electrones y un agujero rodeando un núcleo particular con cuatro protones.

Por esta razón, un agujero se comporta como una carga positiva. Cuando se agrega un número suficientemente grande de átomos aceptores, los agujeros superan en número a los electrones excitados térmicamente. Por lo tanto, los agujeros son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones se convierten en portadores minoritarios en materiales de tipo P.