Date post: | 12-Jul-2015 |
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SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y
DOPADOSJUAN HERMAN FARIAS FEIJOO
Clasificación de Sólidos cristalinos en función de sus propiedades eléctricas
En los sólidos, debido a la interacción entre los átomos que forman el cristal, aparece un desdoblamiento de estados desdoblamiento de
energías.Cada nivel en el átomo forma una banda. Para la distancia
interátomica de equilibrio pueden las bandas estar: Solapadas METAL Separadas (0.5-4 eV) SEMICONDUCTOR Muy separadas (> 4eV) AISLANTE
Aparece un GAP deenergías nopermitidas: Eg
Semiconductor Intrínseco: Intrínseco indica un material semiconductor
extremadamente puro contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas.
Semiconductor Extrínseco o Dopado: Un pequeño porcentaje de átomos del semiconductor
intrínseco se sustituye por átomos de otro elemento (impurezas o dopantes).
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y EXTRÍNSECOS O DOPADOS
SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
A simple vista es imposible que un semiconductor permita elmovimiento de electrones a través de sus bandas de energía Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor es un aislante porque
todos los e- están formando enlaces. Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede
romper y quedar libre un e- para moverse en la estructura cristalina
El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia po-sitiva) en la estructu-ra cristalina. De esta forma, dentro del se-miconductor encon-tramos el electrón li-bre (e-), pero también hay un segundo tipo de portador: el hueco (h+)
SEMICONDUCTOR INTRÍNSECOModelo de bandas de energía: Conducción intrínseca
http://www.politecnicocartagena.com
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SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
n: número de electrones (por unidad de volumen) en la banda de conducciónp: número de huecos (por unidad de volumen) en la banda de valenciani: concentración intrínseca de portadores
En un semiconductor perfecto, las concen-traciones de electrones y de huecos son iguales:
n = p = ni
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SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
Efecto de la temperatura
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SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
La densidad de estados es el núme-ro de estados electrónicos posibles por unidad de volumen y por unidad de energía.En un metal (los electrones son libres):
Puede considerarse como una función continua en EEstá expresión también será válida para un semi-conductor cristalino (electrones quasi-libres, ligados a un potencial periódico)Para adaptarla, se tiene que introducir EC, EV y m*
Función de distribución de Fermi-Dirac
Los electrones son fermiones, i. e., par-tículas que cumplen el principio de ex-clusión de Pauli Así, vendrán gobernados por la estadística de Fermi:
1
1
kT
EE F
e
Ef
f(E) es la probabilidad que un estado de energía E esté ocupado, EF es el nivel de Fermi, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta.
Aproximación de Boltzmann
[4]
6 3)( ara p /exp1 cos
5 3 para /exp
kTEEkTEEEfEfhue
kTEEkTEEEfEfelectrones
FFp
FFc
http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/semicon/fermi/functionAndStates/functionAndStates.html
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS
Los semiconductores extrínsecos se forman añadiendo pequeñas cantidades de impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su comportamiento eléctrico al alterar la densidad de porta-dores de carga libres.Estas impurezas se llaman dopantes. Así, podemos hablar de semi-conductores dopados.
En función del tipo de dopante, obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n.
Para el silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y tipo p los de la III
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS
SEMICONDUCTOR TIPO N
En general, los elementos de la columna V convierten al Si en tipo n. Estos elementos tienen cinco electrones de valencia ensu última capa y se les llama impurezas dadoras.
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS
SEMICONDUCTOR TIPO P
En general, los elementos de la columna V convierten al Si en tipo n. Estos elementos tienen cinco electrones de valencia ensu última capa y se les llama impurezas dadoras.
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS
Densidad de portadores
En los semiconductores tipo n, los electrones son los portadores mayoritarios.En los semiconductores tipo p, los huecos son los portadores mayoritarios.La ley de acción de masas se cumple para semiconductores extrínsecos, en equilibrio térmico
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SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS
Densidad de portadores
SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS O DOPADOS
Nivel de Fermi
21 exp
20 exp
0
0
pkT
EEnp
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