Clase 015 – Semiconductores tipo N y tipo P

Contenido teórico

Resumen

  • Los semiconductores tipo N son aquellos que tienen un exceso de electrones debido a la adición de impurezas pentavalentes. Esto provoca que la corriente eléctrica principal sea una corriente de electrones desde el voltaje negativo hacia el voltaje positivo.
  • Los semiconductores tipo P son aquellos que tienen un exceso de huecos debido a la adición de impurezas trivalentes. Esto provoca que la corriente eléctrica principal sea una corriente de huecos desde el voltaje positivo hacia el voltaje negativo.

Introducción

¿Sabes como se organizan los átomos dentro de un semiconductor?¿Sabías que existen dos tipos de corriente eléctrica? En esta entrada vamos a aprender todo esto y mucho más. ¡Cuando acabes de leerla, vas a tener en tu poder los fundamentos necesarios para posteriormente entender como funciona un diodo!

Enlaces covalentes

Antes de nada vamos a explicar que son los enlaces covalentes. Como se ha visto en la anterior entrada, el Silicio tiene 4 electrones en su capa de valencia, y para que un átomo sea químicamente estable, necesita tener 8 electrones en su capa de valencia. Esto provoca que los átomos de silicio se junten formando una red cristalina. 

Como se puede observar en la imagen, cada átomo de silicio pasa de tener 4 electrones en su capa de valencia a tener 8 electrones, pues cada átomo comparte sus 4 electrones con los que tiene alrededor. El hecho de que un átomo comparta algún electrón con otros átomos para formar átomos estables se conoce como enlace covalente.

El electrón y el hueco

A temperatura ambiente, un electrón adquiere la suficiente energía como para pasar de la banda de valencia a la banda de conducción. Este fenómeno produce electrones libres que, a su vez, produce huecos en la banda de valencia. A esto se le conoce como el par electrón-hueco.

Cuando un electrón libre energía y vuelve a ocupar el lugar de un hueco se conoce como recombinación.

Semiconductores N y P

Corriente electrón-hueco

Cuando hay una diferencia de voltaje entre dos puntos de una red cristalina de silicio (o germanio), se produce una corriente eléctrica. Esta corriente eléctrica se debe a que los electrones libres son atraídos por el punto de mayor voltaje. Esto crea lo que se conoce como corriente de electrones hacia el lado de mayor voltaje.

Existe otro tipo de corriente que también se produce al aplicar la diferencia de voltaje. Los electrones que quedan en las bandas de valencia de los diferentes átomos no son electrones libres, por lo que no son capaces de fluir libremente hacia el punto de mayor voltaje. Sin embargo, con que se les aplique estos electrones ganen un poco de energía, estos átomos saltan a los huecos de los átomos más próximos al lado de mayor voltaje. Esto da la sensación de que existe una corriente de huecos hacia el lado de menor voltaje.

Dopaje de las impurezas

La conductividad de las redes cristalinas de Silicio o Germanio puede ser modificada añadiendo impurezas a estas redes. Esto provoca que haya un exceso de electrones o de huecos, dando lugar a semiconductores de tipo N o de tipo P.

Semiconductores tipo N

Para aumentar el número de electrones en la banda de conducción, elementos con 5 electrones en la banda de valencia, llamados pentavalentes, (como el Fósforo) son añadidos a la red cristalina pura. Esto provoca que haya un incremento de electrones en la banda de conducción. 

Al Fósforo (o al átomo con 5 electrones en la banda de valencia utilizado como impureza) se le conoce como átomo donador de electrones.

Debido a que ahora habrá más electrones en la banda de conducción, la corriente de electrones será la principal corriente en este tipo de conductores.

Semiconductores tipo P

Para aumentar el número de huecos en la banda de valencia, elementos con 3 electrones en la banda de valencia, llamados trivalentes, (como el Boro) son añadidos a la red cristalina pura. Esto provoca que haya un incremento de huecos en la banda de valencia. 

Al Boro (o al átomo con 3 electrones en la banda de valencia utilizado como impureza) se le conoce como átomo aceptador de electrones.

Debido a que ahora habrá más huecos en la banda de valencia, la corriente de huecos será la principal corriente en este tipo de conductores.

Conclusión

En esta entrada hemos aprendido las diferencias entre los semiconductores tipo P y tipo N. El siguiente pasó será utilizar estos dos semiconductores para ver como están hecho los diodos por dentro y, posteriormente, los transistores.

Contenido

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