Semiconductores Extrínsecos: Semiconductores Dopados
Los semiconductores, materiales inorgánicos u orgánicos, desempeñan un papel crucial en la electrónica moderna. Su capacidad para controlar la conducción eléctrica mediante la estructura química, temperatura, iluminación y la presencia de dopantes es fundamental. Estos materiales tienen una conductividad eléctrica intermedia entre un metal y un aislante, y poseen una brecha de energía inferior a 4eV, alrededor de 1eV.
Física de Estado Sólido y Semiconductores
En la física de estado sólido, la brecha energética o banda prohibida es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde los estados de electrones son prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones en los semiconductores necesitan energía, por ejemplo, de la radiación ionizante, para cruzar esta brecha y alcanzar la banda de conducción. Las propiedades de los semiconductores son determinadas por la brecha energética entre las bandas de valencia y conducción.
Tipos de Semiconductores
Existen dos tipos básicos de semiconductores basados en sus propiedades electrónicas:
- Semiconductores Intrínsecos: Estos son semiconductores puros compuestos por un solo elemento, como el Silicio o el Germanio, sin dopaje intencional. Conducen electricidad al calentarse, permitiendo que algunos electrones ganen suficiente energía para liberarse de sus enlaces.
- Semiconductores Extrínsecos: Son semiconductores impuros, intencionalmente dopados para cambiar sus propiedades electrónicas. Se clasifican en:
- p-tipo: Se introduce un átomo impuro con menos electrones de valencia que el material semiconductor, creando «huecos» en la banda de valencia.
- n-tipo: Se introduce un átomo impuro con más electrones de valencia, creando exceso de electrones en la banda de conducción.
Propiedades Clave de Semiconductores Seleccionados
A continuación se presenta una tabla con propiedades clave de tres semiconductores intrínsecos y dos semiconductores extrínsecos de tipo p y n:
| Semiconductor | Tipo | Brecha de Banda (eV) | Movilidad de Electrones (cm2/V·s) | Movilidad de Huecos (cm2/V·s) | Conductividad Térmica (W/m·K) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silicio (Si) | Intrínseco | 1.12 | 1500 | 450 | 150 |
Semiconductores Extrínsecos: Semiconductores Dopados
Un semiconductor extrínseco o dopado es aquel que ha sido intencionalmente dopado para modular sus propiedades eléctricas, ópticas y estructurales. Por ejemplo, en detectores de radiación ionizante, el dopaje implica la introducción intencional de impurezas en un semiconductor intrínseco para modificar sus propiedades eléctricas. Estos átomos dopantes proporcionan portadores de carga libre (electrones o huecos de electrones) en el semiconductor.
Semiconductores de Tipo n y p
Los semiconductores tipo n están dopados con átomos donantes de electrones, lo que aumenta el número de electrones de conducción y disminuye el de huecos. Por otro lado, los semiconductores tipo p están dopados con átomos aceptores de electrones, aumentando el número de huecos y reduciendo el de electrones de conducción. En los materiales tipo n, los electrones son los portadores mayoritarios, mientras que en los tipo p, son los huecos.
Aplicaciones y Conclusión
Los semiconductores extrínsecos son componentes esenciales en dispositivos eléctricos comunes y detectores de radiación ionizante. Por ejemplo, un diodo semiconductor, que permite la corriente en una sola dirección, generalmente consta de semiconductores tipo p y n en una unión. Estos materiales son fundamentales en la electrónica moderna, y su comprensión es esencial para el avance tecnológico.
