Materiales para la electrónica
des ventajas de los sem iconductores: va ri ació n
de conductividad, elección del tipo de portador,
etcétera.
Esto se logra gracias a que ciertas impurezas,
a l entrar en el material, son capaces de p ropor–
cionar electrones a la banda de conducción o de
aceptar electrones de la banda de valencia y per–
mitir el movimiento de los electrones que que–
dan en la banda de valencia.
Es rela tivamente fácil impurificar de manera
controlada los semiconductores, si introducimos
átomos del grupo
V
(de la tabla periódica de los
elementos), que tienen cinco electrones de valen-
cia, en un sólido de silicio. Cuatro de los electro–
nes de la impureza son empleados en los enlaces
covalentes y el quinto electrón se mantiene liga–
do a la impureza por la fuerza de atracción cou–
lombiana. Esta fuerza es muy débil
y
a laumentar
la temperatura se desprende de la impureza y
queda libre, aumentando el número d e electro–
nes de conducción. Así, la impureza queda ioni–
zada con una carga positiva, pero es fija y no se
puede mover; un semiconducto r con este tipo de
impureza se llama semiconductor tipo
IT
y la im–
pureza se llama donadora.
11 11 11
11
=@=@=@=@=
11
.11.
11
11
No existe un solo electrón o hueco
para la conducción. Los electrones
están ligados a las impure:l8.9.
11 11
11
11
=@=@=@=@=
I
=@--':0=@=@=
11 11
8
11
11
11
11
11 e 11
=@=0=@=@=
11 e 11
11
11
=@=@=@=@=
I
=@=@=@=@=
11
1IIIe 11
Loa electrones libres se deben
11 11
11 e 11
=@=@--':0=@=
básicamente a Impure:las
=@-@=0=@=
11
1111 11
y sólo hay algunos elec trones
Intrlnsecos.
11
11
11
11
T =O, E= O
T .. O, E= O
Figura 11.21. Modelo d e silicio extrinseco (Iipo 11).
Si en lugar de átomos del g rupo
V
de la tabla
periódica se introducen en la red del silicio áto–
mos de impurezas del grupo
m,
se observa un
efecto muy distinto, ya que estos átomos tienen
sólo tres electrones de valencia, que se emplean
para formar tres enlaces cavalentes y el cuarto
enlace carecede un e lectrón. Únicamente cuando
T
=
O.
Cuando la temperatura aumenta, fácil–
mente captura los electrones que se están for–
mando térmicamente en el silicio, dando luga r a
la formación de enlaces incompletos en el silicio
q ue pueden ser empleados para el movimiento
de los electrones
y
que correspo nden al movi–
miento de electrones en la banda de valencia. Las
impurezas se llaman aceptores.
La energía para desplaza r lugares que sirva n
para el movimiento de los electrones de la banda
de valencia es mucho menor que la energía nece–
saria para formar pares electrón hueco e-h en un
material intrínseco. Esto se debe a la energía de
a tracción coulombiana entre la impureza y los
electrones.
De acuerdo con lo anterior, las impurezas es–
tarán ionizadas y serán inmóviles, favo reciendo
así la formación de electrones si las impurezas
son donadoras
y
formando semiconductores
tipo
/l.
Las impurezas favorecen la fo rmación de
huecos si son aceptoras y se fo rman semiconduc–
tores tipo
p.
Éste es un buen punto para recordar que el
intervalo de energía prohibida en un sem icon–
d uctor resulta prohibida para los n iveles de los
á tomos que lo fo rman, pero no para los átomos
de impureza. Por consiguiente,
se
puede conside–
rar que los electrones cedidos por los átomos
donadores se o riginan en estados donadores lo–
calizados entre
EeY
Eva
pocas centésimas de eV
abajo de
Ee.
y
los huecos cedidos por los átomos
49
1...,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49 51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,...131