En nuestro artículo sobre semiconductores, discutimos que los semiconductores son sólidos amorfos o cristalinos que tienen una conductividad entre la de un conductor y un aislante, ya sea debido a la presencia de una impureza (semiconductores extrínsecos) o debido al cambio de temperatura. Se clasifican principalmente en dos tipos:
- Semiconductores intrínsecos
- Semiconductores extrínsecos
La conductividad de un semiconductor intrínseco depende de la temperatura ambiente. A temperatura ambiente, presenta una conductividad baja. Debido a su baja conductividad, se considera inadecuado para su uso en dispositivos electrónicos. Para hacer frente a este problema, surgió el concepto de dopaje, a raíz del cual se fabricaron los semiconductores extrínsecos. En esta sección hablaremos de los semiconductores extrínsecos.
¿Qué son los Semiconductores Extrínsecos?
Los semiconductores extrínsecos son semiconductores dopados con impurezas específicas. La impureza modifica las propiedades eléctricas del semiconductor y lo hace más adecuado para dispositivos electrónicos como diodos y transistores.
Mientras se agregan impurezas, se agrega una pequeña cantidad de impureza adecuada al material puro, lo que multiplica varias veces su conductividad. Los semiconductores extrínsecos también se denominan semiconductores de impurezas o semiconductores dopados. El proceso de añadir impurezas deliberadamente se denomina dopaje y los átomos que se utilizan como impurezas se denominan dopantes. La impureza modifica las propiedades eléctricas del semiconductor y lo hace más adecuado para dispositivos electrónicos como diodos y transistores.
El dopante que se añade al material se elige de forma que no se distorsione la red original del semiconductor puro. Además, los dopantes sólo ocupan unos pocos sitios en el cristal del semiconductor original, y es necesario que el tamaño del dopante sea casi igual al tamaño de los átomos del semiconductor.
Algunos Dopantes de Uso Común
Al dopar átomos tetravalentes como Si o Ge, se utilizan dos tipos de dopantes, que son:
- Átomos pentavalentes: Átomos con valencia 5; como el Arsénico (As), el Fósforo (Pi), el Antimonio (Sb), etc.
- Átomos trivalentes: Átomos con valencia 3; como el indio (In), el aluminio (Al), el boro (B), etc.
La razón de utilizar estos dopantes es tener átomos de tamaño similar a los del semiconductor puro. Tanto los átomos de silicio como los de germanio pertenecen al cuarto grupo de la tabla periódica. Por lo tanto, la elección de dopantes del tercer y quinto grupo es más viable. Esto garantiza que el tamaño de los átomos no sea muy diferente del cuarto grupo. De ahí las opciones trivalente y pentavalente. Estos dopantes dan lugar a los dos tipos de semiconductores:
- semiconductores de tipo n
- semiconductores de tipo p
En la siguiente sección analizaremos cada una de sus características.
Semiconductores tipo n
Cuando un átomo tetravalente como el Si o el Ge está dopado con un átomo pentavalente, éste ocupa la posición de un átomo en la red cristalina del átomo de Si. Los cuatro electrones del átomo pentavalente se enlazan con los cuatro átomos de silicio vecinos y el quinto permanece débilmente enlazado al átomo padre. Como resultado, la energía de ionización necesaria para liberar el quinto electrón es muy baja y los electrones pueden moverse libremente por la red del semiconductor. Estos semiconductores se denominan semiconductores de tipo n.
Semiconductores tipo p
Cuando un átomo tetravalente como el Si o el Ge está dopado con una impureza trivalente como Al, B, In, etc., el átomo dopante tiene un electrón menos que los átomos circundantes de Si o Ge. Así, el cuarto átomo del átomo tetravalente queda libre y se genera un hueco o vacante en el átomo trivalente. En tales materiales, los huecos son los portadores de carga, y tales semiconductores se denominan semiconductores de tipo p.
Preguntas Frecuentes
La generación de portadores se define como el proceso en el que se generan pares de electrones libres y huecos.
La recombinación de portadores se define como el proceso de eliminación de los electrones libres y los huecos. Un electrón libre y un hueco se eliminan cuando un electrón libre de la banda de conducción cae en un hueco de la banda de valencia.
La afirmación dada es falsa. La conductividad del semiconductor depende de la temperatura y de la presencia de impurezas. A medida que aumenta la temperatura o se añaden impurezas, aumenta la conductividad.
Hay dos elementos que constituyen un buen semiconductor: El silicio y el germanio. Ambos elementos tienen cuatro electrones de valencia.
Cuando se añade una impureza pentavalente a un semiconductor puro, se obtiene un semiconductor de tipo n. Esto se debe a que un semiconductor puro tiene 4 electrones de valencia. Esto se debe a que un semiconductor puro tiene 4 electrones de valencia. Cuando se añade una impureza pentavalente, un electrón queda libre y disponible para la conducción. Esta es la razón de la formación del semiconductor de tipo n.