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I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor
Material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor
que un aislante, pero peor que un metal.
La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente
eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las
propiedades físicas más importantes.
Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes
conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son
muy malos conductores.
A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como
aislante. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas
(dopado) o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores
puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a
los de los metales. Los principales semiconductores utilizados en electrónica
son el silicio, el germanio y arseniuro de galio.
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Silicio : Si
Descubridor : Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) (Sueco)
Año : 1823
Etimología : del latín silex

En estado puro tiene propiedades físicas y químicas parecidas a las del
diamante.

El dióxido de silicio (sílice) [SiO2] se encuentra en la naturaleza en
gran variedad de formas: cuarzo, ágata, jaspe, ónice, esqueletos de
animales marinos.

Su estructura cristalina le confiere propiedades semiconductoras. En
estado muy puro y con pequeñas trazas de elementos como el boro,
fósforo y arsénico constituye el material básico en la construcción de los
chips de los ordenadores.
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Semiconductor
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Silicio: Átomo, Modelo
de enlace y estructura
crsitalina
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Semiconductor: representación bidimensional de la estructura cristalina
Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor sería 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 positiva) en la estructura cristalina.
De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-), pero también hay un segundo
tipo de portador: el hueco (h+)
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Semiconductor: Acción de un campo eléctrico.
Semiconductor intrínseco: acción de un campo eléctrico
-
+
Si
-
+
Si
Si
+
+
Si
+
Si
Si
-
+
-
+
Si
Si
Si
-
+
La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos de portadores de carga:
HUECOS y ELECTRONES
La temperatura afecta fuertemente a las propiedades eléctricas de los semiconductores:
mayor temperatura  más portadores de carga  menor resistencia
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Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor intrínseco indica un material semiconductor
extremadamente puro que contiene una cantidad
insignificante de átomos de impurezas.
Semiconductor extrínseco, se le han añadido cantidades
controladas de átomos impuros (Dopado) para favorecer la
aparición de electrones (tipo n –átomosde valencia 5: As,
P o Sb ) o de huecos (tipo p - átomos de valencia 3: Al, B,
Ga o In).
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Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor extrínseco: TIPO N
Sb
+
Sb
+
Sb: antimonio
Si
Si
Si
Si
Sb
Si
Si
+
Si
Si
Sb
+
Impurezas del grupo V de
la tabla periódica
Es necesaria muy poca
energía para ionizar el
átomo de Sb
Sb
+
Sb
+
Sb
+
300ºK
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Electrones libres
Si
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son
Electrones libres
Semiconductor extrínseco: TIPO P
Al
-
Al: aluminio
Si
Si
Si
Al
-
Impurezas del grupo III de
la tabla periódica
Si
Al
Si
Si
Es necesaria muy poca
energía para ionizar el
átomo de Al
Huecos
Si
A temperatura ambiente
todos los átomos de
impurezas se encuentran
ionizados
-
Si
Si
libres
Al
-
Al
Al
-
Al
Al
-
Al
-
Al
-
Al
-
Al
-
+
Impurezas grupo V
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Sb
+
Al
-
Al
Al
-
Al
-
Al
-
300ºK
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un
semiconductor tipo P son
Huecos. Actúan como portadores de carga
positiva.
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Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
-
-
-
-
-
-
-
-
Semiconductor tipo P
+
+
+
+
+
-
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N
Zona de transición
-
-
-
-
-
-
-
Semiconductor tipo P
+
-
-
+
+
+
+
+
-
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga
espacial denominada ‘zona de transición’, que actúa como una barrera para el
paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
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Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
La unión P-N polarizada inversamente
P
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
+
+
+
+
La zona de transición se
hace más grande.
Con polarización inversa
no hay circulación de
corriente.
+
+
+
-
+
+
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
La unión P-N polarizada en directa
La zona de transición se
hace más pequeña.
La corriente comienza a
circular a partir de un cierto
umbral de tensión directa.
P
N
DIODO SEMICONDUCTOR
P
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
I
+
+
+
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
Conclusiones:
Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente.
Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de
corriente eléctrica