¿Qué son los semiconductores intrínsecos y los semiconductores extrínsecos?
La propiedad eléctrica de un material que se encuentra entre el aislante y el conductor se conoce como material semiconductor. Los mejores ejemplos de semiconductores son el Si y el Ge. Los semiconductores se clasifican en dos tipos: semiconductores intrínsecos y semiconductores extrínsecos (tipo P y tipo N). El tipo intrínseco es un semiconductor puro, mientras que el tipo extrínseco incluye impurezas que lo hacen conductor. A temperatura ambiente, la conductividad de los semiconductores intrínsecos es nula, mientras que la de los semiconductores extrínsecos es mínima. Este artículo ofrece una visión general de los semiconductores intrínsecos y extrínsecos con el dopaje y los diagramas de bandas de energía.
¿Qué es un semiconductor intrínseco?
La definición de semiconductor intrínseco es: un semiconductor extremadamente puro es intrínseco. Según el concepto de banda de energía, la conductividad de este semiconductor es nula a temperatura ambiente, como se muestra en la figura siguiente. Ejemplos de semiconductores intrínsecos son el Si y el Ge.
En el diagrama de bandas de energía anterior, la banda de conducción está vacía mientras que la banda de valencia está completamente llena. Una vez elevada la temperatura, se puede suministrar energía térmica. Por lo tanto, los electrones de la banda de valencia se desplazan hacia la banda de conducción dejando atrás la banda de valencia.
El flujo de electrones en la transición de la banda de valencia a la banda de conducción será aleatorio. Los agujeros que se forman dentro del cristal también pueden fluir libremente por todas partes. Por lo tanto, el comportamiento de este semiconductor mostrará un TCR (coeficiente de resistencia a la temperatura) negativo. El TCR significa que cuando la temperatura aumenta, la resistividad del material disminuye y la conductividad aumenta.
¿Qué es un semiconductor extrínseco?
Para que un semiconductor sea conductor, se le añaden ciertas impurezas, que se denominan semiconductores extrínsecos. A temperatura ambiente, este tipo de semiconductor conduce una pequeña corriente; sin embargo, no es útil para fabricar diversos dispositivos electrónicos. Por lo tanto, para hacer que el semiconductor sea conductor, se puede añadir una pequeña cantidad de impurezas adecuadas al material mediante el proceso de dopaje.
Dopaje
El proceso de añadir impurezas a un semiconductor se conoce como dopaje. En la preparación del semiconductor extrínseco hay que controlar la cantidad de impurezas que se añaden al material. En general, se puede añadir un átomo de impureza a 108 átomos de un semiconductor.
Al añadir la impureza, se puede aumentar el número de huecos o electrones para hacerla conductora. Por ejemplo, si una impureza pentavalente incluye 5 electrones de valencia y se añade a un semiconductor puro, el número de electrones aumentará. Según el tipo de impureza añadida, el semiconductor extrínseco puede clasificarse en dos tipos: semiconductor de tipo N y semiconductor de tipo P.
Concentración de portadores en un semiconductor intrínseco
En este tipo de semiconductores, una vez que los electrones de valencia dañan el enlace covalente y pasan a la banda de conducción, se generan dos tipos de portadores de carga: los huecos y los electrones libres.
El número de electrones por unidad de volumen en las bandas de conducción o el número de huecos por unidad de volumen en la banda de valencia se conoce como concentración de portadores en un semiconductor intrínseco. Del mismo modo, la concentración de portadores de electrones puede definirse como el número de electrones por unidad de volumen dentro de la banda de conducción, mientras que el número de huecos por unidad de volumen dentro de la banda de valencia se conoce como concentración de portadores de huecos.
En el tipo intrínseco, los electrones generados en la banda de conducción pueden ser equivalentes al número de huecos generados en la banda de valencia. Por tanto, la concentración de portadores de electrones es equivalente a la concentración de portadores de huecos. Por lo tanto, la concentración de portadores de electrones es equivalente a la concentración de portadores de huecos
ni = n = p
Donde "n" es la concentración de portadores de electrones, "P" es la concentración de portadores de huecos y "ni" es la concentración de portadores intrínsecos
En la banda de valencia, la concentración de huecos puede escribirse como
P = Nv e -(EF-EV)/KBT
En la banda de conducción, la concentración de electrones puede escribirse como
N = P = Nc y -(EC-EF)/KBT
En la ecuación anterior, "KB" es la constante de Boltzmann
t' es la temperatura total del semiconductor de tipo intrínseco
nc" es la densidad eficiente de estados dentro de la banda de conducción.
nv" es la densidad eficiente de estados dentro de la banda de valencia.
La conductividad de los semiconductores intrínsecos
El comportamiento de este semiconductor es similar al de un aislante perfecto a una temperatura de cero grados. A esta temperatura, la banda de conducción está vacía, la banda de valencia está llena y no hay portadores de carga para la conducción. Sin embargo, a temperatura ambiente, la energía térmica puede ser suficiente para crear un enorme número de pares electrón-hueco. Siempre que se aplica un campo eléctrico a un semiconductor, se produce un flujo de electrones debido al movimiento de electrones en una dirección y de huecos en la dirección opuesta
Para un metal, la densidad de corriente será J = nqEµ
La densidad de corriente dentro de un semiconductor puro debida al flujo de huecos y electrones puede venir dada por
Jn = nqEµn
Jp = pqEµp
En las ecuaciones anteriores, "n" es la concentración de electrones y "q" es la carga del hueco/electrón, "p" es la concentración de huecos, "E" es el campo eléctrico aplicado, "µ'n" es la movilidad de los electrones y "µ'p" es la movilidad de los huecos.
La densidad de toda la corriente es
J = Jn + Jp
= nqEµn + pqEµp
I= qE (nµn + pµp)
Donde J = σE, entonces la ecuación será
σE = = qE (nµn + pµp)
σ = q(nµn + pµp)
Aquí "σ" es la conductividad del semiconductor
El número de electrones es igual al número de huecos en el semiconductor puro, por lo que n=p=ni
ni' es la concentración de portadores del material intrínseco, por lo que
J = q(niµn + niµp)
La conductividad del semiconductor puro será
σ = q(niµn + niµp)
σ = qni(µn + µp)
Así, la conductividad de un semiconductor puro depende principalmente del semiconductor intrínseco y de la movilidad de los electrones y los huecos.
FAQ
1). ¿Qué son los semiconductores intrínsecos y extrínsecos?
El tipo puro de semiconductor es el tipo intrínseco, mientras que el tipo extrínseco es el semiconductor al que se le pueden añadir impurezas para hacerlo conductor.
2). ¿Cuáles son los ejemplos de tipo intrínseco?
Son el silicio y el germanio
3). ¿Cuáles son los tipos de semiconductores extrínsecos?
Son semiconductores de tipo P y de tipo N
4).¿Por qué se utilizan semiconductores extrínsecos en la fabricación de productos electrónicos?
Porque la conductividad eléctrica del tipo extrínseco es alta comparada con la del tipo intrínseco. Por eso son aplicables en el diseño de transistores, diodos, etc.
5). ¿Qué es la conductividad intrínseca?
En un semiconductor, las impurezas y los defectos estructurales tienen una concentración extremadamente baja, conocida como conductividad intrínseca.
Por lo tanto, es un visión general del Semiconductor Intrínseco y el semiconductor extrínseco y el diagrama de bandas de energía con el dopaje. Aquí tienes una pregunta: ¿cuál es la temperatura del semiconductor intrínseco?
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