Materiales semiconductores 306 Raul Dorame.pptx

Materiales

1. Materiales semiconductores

2. estructura del atomo el atomo esta compuesto de núcleo que contiene subparticulas tales como el protón (con carga positiva) y los neutrones sin carga. En su periferia, orbitando alrededor del nucleo están los electrones con mucha menor mas que las partículas del nucleo (unas 2000 veces menor).

3. Estos electrones pueden ser de dos tipos Electrones ligados al nucleo : orbitan capas interiores del atomo , cerca de este y muy difícilmente pueden escapar del mismo. Electrones de valencia: orbitan en capas exteriores del atomo , en niveles superiores de energía y pueden escapar en determinadas condiciones del atomo . Del mismo modo, el atomo acepta en tales niveles electrones externos. Los electrones de valencia determinan las propiedades químicas de los materiales.

4. Materiales conductores, aislantes y semiconductores Materiales conductores (metales): los metales tienen estructura cristalina, esto es, los núcleos de los átomos que componen un metal están perfectamente ordenados y los electrones de valencia de los mismos están tan débilmente atados a sus respectivos átomos que cada uno de ellos es compartido por todos los átomos de la estructura. Material aislante: los electrones de valencia están ligados fuertemente a sus respectivos núcleos atómicos. Los electrones de uno de sus átomos no son compartidos con otros átomos Materiales semiconductores: estos materiales se comportan como aislantes a bajas temperaturas pero a temperaturas mas altas se comportan como conductores. La razón de esto es que los electrones de valencia están ligeramente ligados a sus respectivos núcleos atómicos, pero no lo suficiente, pues al añadir energía elevando la temperatura son capaces de abandonar el átomo para circular por la red atómica del material

5. Ejemplos de materiales conductores

6. Ejemplos de materiales aislantes

7. Ejemplos de materiales semiconductores Algunos ejemplos son: Silicio, Germanio, Arsénico, Galio, Azufre, Fósforo, Carbono, Cadmio, Antimonio, Boro.

8. Semiconductores tipo n Un semiconductor tipo n se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado que consiste en añadir un cierto tipo de átomos al semiconductor para aumentar el numero de portadores de carga libres (en este caso negativos o electrones). Cuando se añade material dopante como son fosforo (P), arsénico (As) o antimonio (SB), estos aportan sus electrones mas débilmente vinculados a los atomos del material semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante, ya que “dan” algunos de sus electrones.

9. Ahora viene el truco. Imaginemos que sustituimos unos pocos átomos de Si de nuestro cristal por átomos, por ejemplo, de antimonio (símbolo químico Sb) que tiene cinco electrones de valencia. Igual que antes, el átomo de Sb comparte cuatro de sus cinco electrones de valencia con los cuatro átomos de Si que lo rodean. ¿Qué pasa? Pues que al átomo de Sb le sobra un electrón, y ese electrón tiene cierta libertad para moverse por el cristal, siempre y cuando le demos suficiente energía como para que se separe del átomo de Sb. Esto, explicado con un diagrama de bandas como los que se han puesto más arriba, significa que, una vez que tenemos nuestras impurezas en el cristal, los electrones sobrantes se sitúan, energéticamente hablando, en niveles localizados que están dentro de la banda prohibida, pero muy cerquita de la banda de conducción, así que con muy poquita energía (la que tienen por estar el sólido a temperatura ambiente, por por ejemplo), pueden saltar a la banda de conducción y de esta manera poder moverse si se agrega solo un poco de energía

10. De este modo, dopando el Si con Sb (es decir, introduciendo en el cristal de Si impurezas de Sb) conseguimos un material rico en electrones que son libres de moverse bajo la influencia de un campo eléctrico. A semiconductores dopados de esta manera, se les llama tipo n.

11. Semiconductores tipo p proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de atomos al semiconductor para poder aumentar el numero de portadores de cargas libres (en este caso positivos o huecos). Cuando se añade el material dopante libera los electrones mas débilmente vinculados de los atomos del semiconductor. Este agente dopante como son boro (B), galio (GA) o indio (IN) son también conocidos como materiales aceptores y los atomos del semiconductor que han perdido los electrones dejan espacios libres conocidos como huecos. El propósito del dopaje tipo p es el de crear abundancia de huecos (ausencia de electrones).

12. Ahora hablamos del concepto de hueco (ausencia de electrón), básicamente consiste en quitar un electrón de la banda de valencia del semiconductor, de modo que los electrones son libres de moverse . Pero a todos los efectos, lo que tenemos es una carga positiva (el hueco dejado por el electrón que se fue a la banda de conducción) que se mueve en dirección contraria a los electrones.

13. Pues bueno, también hay otro truco para dopar los semiconductores para que la conducción de la electricidad , en lugar de ser por electrones, como en los semiconductores tipo n, sea por huecos.

14. Lo que se hace es algo muy parecido al caso anterior (ver Figura 6): sustituir algunos átomos de Si por otros de otro elemento, esta vez por uno con tres electrones de valencia, como el boro (símbolo B). El átomo de la impureza comparte sus tres electrones de valencia con tres de sus átomos de Si vecinos, pero no tiene nada que ofrecer al cuarto en discordia. En este brazo del átomo de B, queda un hueco que puede ser llenado por un electrón del átomo de Si vecino siempre y cuando a dicho electrón se le comunique suficiente energía como para abandonar su átomo  original. Así , el hueco puede ir saltando de átomo en átomo, y transportar su carga (rigurosamente, la falta de carga negativa, que es como si fuera una carga positiva en el material neutro da entonces lugar a un material tipo p ).

15. En un diagrama de bandas como el que se mostró antes, la cosa se ve así los átomos de impureza introducen unos niveles energéticos que están vacíos (huecos o ausencia de electrón), y que están localizados en la banda de energía prohibida, un poco por encima del borde de la banda de valencia. Es fácil, para los electrones en la banda de valencia, adquirir suficiente energía (por estar el material a temperatura ambiente, de nuevo), llenar esos niveles, y dejar un hueco atrás, que es el que se encarga de conducir la electricidad.

16. Conclusion Se han mostrado las características de los materiales conductores aislantes y semiconductores