Semiconductores Intrínsecos y Extrínsecos

Un semiconductor puro conduce solo a través de pares electrón-hueco generados térmicamente, pero la adición deliberada de impurezas donadoras o aceptoras lo transforma en material de tipo n o tipo p con conductividad controlable.

Definition

Un semiconductor intrínseco es un cristal puro en el que se generan números iguales de electrones y huecos por excitación térmica a través de la banda prohibida; un semiconductor extrínseco es uno dopado con impurezas donadoras o aceptoras que crean un exceso de un tipo de portador, haciéndolo de tipo n o tipo p.

Scope

Este tema distingue los semiconductores intrínsecos, donde las concentraciones de electrones y huecos son iguales y están determinadas por la excitación térmica a través de la banda prohibida, de los semiconductores extrínsecos (dopados), donde las impurezas donadoras o aceptoras suministran portadores mayoritarios. Cubre los niveles donadores y aceptores poco profundos, la ionización, los regímenes de temperatura de congelación (freeze-out), extrínseco e intrínseco, y la dependencia resultante de la concentración de portadores con la temperatura. Establece los temas de estadísticas de portadores y uniones que le siguen.

Core questions

• ¿Cómo se crean los portadores en un semiconductor puro y por qué la concentración intrínseca aumenta bruscamente con la temperatura?
• ¿Cómo producen las impurezas donadoras y aceptoras material de tipo n y tipo p?
• ¿Por qué los niveles de energía de los dopantes son poco profundos y cómo varía la ionización con la temperatura?
• ¿Cuáles son los regímenes de congelación (freeze-out), extrínseco e intrínseco de la concentración de portadores?

Key concepts

• Concentración intrínseca de portadores
• Impurezas donadoras y aceptoras
• Material de tipo n y tipo p
• Niveles de impurezas poco profundos e ionización
• Regímenes de congelación (freeze-out), extrínseco e intrínseco

Clinical relevance

El dopaje controlado que distingue el material extrínseco del intrínseco es la base de todos los dispositivos semiconductores; la selección del tipo y la concentración del dopante establece la densidad de portadores y la conductividad de las regiones que forman diodos, transistores y circuitos integrados.

History

El papel de las impurezas en la conducción de semiconductores se aclaró en las décadas de 1930 y 1940, y el desarrollo del dopaje controlado y el crecimiento de monocristales en Bell Labs a finales de la década de 1940 y principios de la de 1950 hizo posible el material reproducible de tipo n y tipo p, lo que permitió el transistor y la industria de los semiconductores.

Key figures

• William Shockley
• Gordon Teal
• Walter Brattain

Seminal works

• sze2007
• ashcroft1976

Frequently asked questions

¿Qué hace que un dopante sea donador o aceptor?

Un donador tiene un electrón de valencia más que el átomo huésped que reemplaza, cediéndolo fácilmente a la banda de conducción (tipo n); un aceptor tiene uno menos, capturando un electrón de la banda de valencia y dejando un hueco (tipo p).

¿Por qué un semiconductor intrínseco conduce mejor cuando se calienta?

Elevar la temperatura proporciona a más electrones suficiente energía para cruzar la banda prohibida, aumentando exponencialmente el número de pares electrón-hueco disponibles para transportar corriente, lo opuesto a un metal cuya conductividad disminuye con el calentamiento.