Conducción extrínseca

Conducción extrínseca: semiconductor tipo n

En este caso sustituimos en la red cristalina del elemento semiconductor alguno de sus átomos por otros de un material que, siendo aproximadamente del mismo tamaño (radio atómico parecido), tenga cinco electrones en la última capa, a los que se llama "átomos donadores". En esta situación se encuentra el fósforo, arsénico y el antimonio en una red de silicio, elementos situados en la columna derecha del Si en la tabla periódica.

El electrón que no forma parte del enlace covalente, incluso a temperaturas bajas se encuentra muy débilmente atraído, y con energías del orden de 0,05 eV se convierte en un electrón de conducción , por lo que tenemos un material cuyos portadores mayoritarios de carga son partículas negativas (los electrones). Estos electrones no crean huecos puesto que no forman parte del enlace covalente entre los átomos. Como se ve, hace falta muy poca energía para liberar estos electrones, lo cual justifica que en los semiconductores dopados, a temperaturas muy bajas se observe un aumento brusco de la conductividad, manteniéndose después prácticamente constante, hasta una temperatura en la cual los procesos de generación de pares electrón–hueco se hacen significativos produciéndose otro aumento de la conductividad.

Por otra parte, la pérdida de este electrón por parte del átomo donador origina que este átomo adquiera una carga positiva, pues el núcleo no se ha modificado, y el átomo posee un electrón menos. Se crea, por lo tanto, un ión cargado positivamente inmóvil, es decir, no contribuye a la conducción.

El fenómeno de generación de pares electrón–hueco se sigue produciendo, por lo que también aparecen huecos en el material, que son los portadores minoritarios.

Los semiconductores con impurezas donadores se denominan extrínsecos tipo n (n de negativo), ya que en ellos la concentración de electrones es mucho mayor que la de huecos.

Conducción extrínseca: semiconductor tipo p

Una situación diferente a la anterior se obtiene sustituyendo átomos del material semiconductor por átomos con un electrón menos en la última capa. En esta situación se encuentra el boro, aluminio, galio y el indio en una red de silicio, elementos situados a la izquierda del Si en la tabla periódica. A los elementos con tres electrones en la capa de valencia se les denomina aceptores. Los semiconductores con impurezas aceptoras se denominan extrínsecos tipo p. En estos casos, la concentración de huecos es mucho mayor que la de electrones.

En este caso un electrón de un enlace próximo puede ocupar este hueco con muy poca energía, del orden de 0,05 – 0,16 eV en el Si, creándose un hueco que puede moverse por la red (el movimiento del hueco, igual que en los semiconductores intrínsecos, será consecuencia del movimiento de los electrones de enlaces próximos que van ocupando sucesivamente huecos). Igual que en los semiconductores n, hace falta muy poca energía para que aparezca este hueco, lo cual justifica el aumento brusco de la concentración de huecos y, por lo tanto, de la conductividad de los semiconductores con impurezas aceptoras desde bajas temperaturas.

Existe por tanto, un hueco por cada átomo de impurezas que puede moverse por el cristal. Estos huecos son los portadores mayoritarios, y actúan como partículas con carga positiva. También aparecerán electrones procedentes de la ruptura de enlaces covalentes, que serán los portadores minoritarios.

La ganancia de un electrón por parte del átomo de impureza trivalente origina que este átomo adquiera una carga negativa, pues el núcleo no se ha modificado, y el átomo posee un electrón más. Se crea, por lo tanto, un ión negativo inmóvil, es decir, que no contribuye a la conducción.

Los semiconductores con impurezas aceptoras se denominan extrínsecos tipo p (p de positivo), ya que en ellos la concentración de huecos es mucho mayor que la de electrones. Los órdenes de magnitud de las concentraciones de electrones y huecos son semejantes a los de los semiconductores tipo n, pero para los portadores de carga contrarios.

Ider Guerrero

EES

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