Semiconductores de tipo p
Los semiconductores, materiales inorgánicos u orgánicos, juegan un papel crucial en el control de la conducción eléctrica. Su conductividad se sitúa entre la de un metal y un aislante, con una brecha energética menor a 4eV (aproximadamente 1eV). Esta brecha, o gap de banda, en física del estado sólido, es un rango energético entre la banda de valencia y la banda de conducción donde no se permiten estados electrónicos.
A diferencia de los conductores, los electrones en los semiconductores necesitan energía, como la radiación ionizante, para cruzar esta brecha y alcanzar la banda de conducción. Las propiedades de estos materiales se definen por el gap energético entre las bandas de valencia y conducción.
Semiconductores extrínsecos: el caso de los semiconductores de tipo p
Un semiconductor extrínseco dopado con átomos aceptores de electrones se conoce como semiconductor de tipo p. Aquí, la mayoría de los portadores de carga en el cristal son huecos de electrones (portadores de carga positiva). El silicio puro, un elemento tetravalente, forma su estructura cristalina normal con 4 enlaces covalentes de sus cuatro electrones de valencia. Al introducir impurezas trivalentes, como boro, aluminio o galio, en el silicio, se crean estos huecos de electrones positivos en la estructura.
Los elementos del grupo III, que tienen tres electrones de valencia, funcionan como aceptores al dopar el silicio. Al reemplazar un átomo de silicio tetravalente con un átomo aceptor, se crea un estado vacante (un hueco de electrón). Este hueco, la falta de un electrón donde podría existir uno, es uno de los dos portadores de carga responsables de la corriente eléctrica en materiales semiconductores. Estos huecos cargados positivamente pueden moverse de átomo en átomo en materiales semiconductores a medida que los electrones dejan sus posiciones.
Por ejemplo, un cristal de silicio dopado con boro (grupo III) crea un semiconductor de tipo p, mientras que uno dopado con fósforo (grupo V) resulta en un semiconductor de tipo n. La cantidad de sitios aceptores domina completamente el número de huecos de electrones. Por lo tanto, el número total de huecos es aproximadamente igual al número de sitios donantes, p ≈ NA. Se mantiene también la neutralidad de carga del material semiconductor. El resultado neto es un aumento en el número de huecos de electrones y una reducción en el número de electrones de conducción. Esta desigualdad en la concentración de portadores en las respectivas bandas se expresa por el número absoluto diferente de electrones y huecos. En el material de tipo p, los huecos de electrones son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios.
Propiedades de Semiconductores Intrínsecos y Extrínsecos
A continuación, se presenta una tabla con 3 semiconductores intrínsecos y 2 semiconductores de tipo p y tipo n, junto con 4 propiedades clave:
- Silicio (Si) – Intrínseco: Brecha de Banda 1.12eV, Movilidad de Electrones 1500 cm2/V·s, Movilidad de Huecos 450 cm2/V·s, Conductividad Térmica 150 W/m·K
- Germanio (Ge) – Intrínseco: Brecha de Banda 0.67eV, Movilidad de Electrones 3900 cm2/V·s, Movilidad de Huecos 1900 cm2/V·s, Conductividad Térmica 60 W/m·K
- Arseniuro de Galio (GaAs) – Intrínseco: Brecha de Banda 1.43eV, Movilidad de Electrones 8500 cm2/V·s, Movilidad de Huecos 400 cm2/V·s, Conductividad Térmica 46 W/m·K
- Silicio dopado con Boro (p-Si) – Tipo p: Brecha de Banda 1.12eV, Movilidad de Electrones 1500 cm2/V·s, Movilidad de Huecos 1800 cm2/V·s, Conductividad Térmica 150 W/m·K
- Silicio dopado con Fósforo (n-Si) – Tipo n: Brecha de Banda 1.12eV, Movilidad de Electrones 1500 cm2/V·s, Movilidad de Huecos 4500 cm2/V·s, Conductividad Térmica 150 W/m·K
