Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Los materiales semiconductores se pueden clasificar en dos tipos, a saber, semiconductores intrínsecos y semiconductores extrínsecos . Los semiconductores en su forma pura se denominan semiconductores intrínsecos. Por otro lado, los semiconductores con impurezas agregadas intencionalmente se denominan semiconductores extrínsecos. Este proceso de añadir impurezas en cantidades diminutas al material semiconductor puro en condiciones controladas se conoce como dopaje. El proceso se realiza con la intención de incrementar la conductividad del material. Por lo tanto, las impurezas se eligen de tal manera que su adición al semiconductor puro debería aumentar el número de portadores de carga libre que pueden ser huecos o electrones.
Es bien sabido que los semiconductores puros como el silicio (Si) o el germanio (Ge) son tetravalentes (tienen cuatro electrones en su capa de valencia) ya que pertenecen al Grupo IV de la tabla periódica. Por lo tanto, si uno necesita aumentar el número de electrones en ellos, deben ser dopados con los elementos del Grupo V de la tabla periódica, es decir, fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb), bismuto (Bi). o litio (Li). Esto se debe a que los elementos del Grupo V son de naturaleza pentavalente, lo que significa que tienen cinco electrones en su capa de valencia. Esto indica que incluso después de la formación de cuatro enlaces covalentes debido al intercambio de cuatro electrones entre los elementos del Grupo V y del Grupo IV, quedaría un electrón más (quinto electrón del elemento del Grupo V) como se muestra en la Figura 1a.
En otras palabras, se dice que las impurezas pentavalentes donan su electrón a los semiconductores tetravalentes (puros) y, por lo tanto, se denominan donantes. El electrón así donado estará muy débilmente unido a su átomo de origen y, por lo tanto, puede liberarse suministrando una cantidad mínima de energía térmica. Tal excitación hace que el electrón pase de su estado de energía actual , nivel donante E D (línea verde en la Figura 2a) a la banda de conducción. A partir de entonces puede contribuir activamente al proceso de conducción en el material semiconductor junto con los otros electrones libres generados por la rotura.de enlaces covalentes. A partir de esto, se puede observar que el número total de electrones en dicho material es la suma de los electrones generados térmicamente y los electrones donados por los átomos donantes.
Sin embargo, el número de agujeros en el mismo material sigue siendo igual al número de electrones generados térmicamente únicamente. Esto indica que el número de electrones en este tipo de material excede el número de huecos, lo que significa que los electrones serán los portadores de carga mayoritarios mientras que los huecos serán los portadores minoritarios. Por lo tanto, estos materiales se denominan acertadamente semiconductores de tipo n .
De manera similar, los elementos del Grupo IV también se pueden dopar con elementos del Grupo III de la tabla periódica como Boro (B), Aluminio (Al), Nitrógeno (N), Galio (Ga) o Indio (In). En este caso, el material resultante tendrá tres enlaces covalentes formados por el apareamiento de tres electrones de cada átomo. Sin embargo, debido a la naturaleza trivalente (tres electrones de valencia) de los elementos del Grupo III, habrá un electrón insuficiente para formar el cuarto enlace covalente. Esta deficiencia de electrones no significa nada más que el agujero como se muestra en la Figura 1b.
El número de agujeros así formados es igual al número de átomos de impurezas trivalentes añadidos al semiconductor. Cada uno de estos agujeros significa un espacio vacío que puede aceptar fácilmente un electrón y está presente en el nivel de energía E A que se muestra en la Figura 2b. Además, debido a la naturaleza de «aceptación» que presentan los agujeros inducidos debido al dopaje de los elementos del Grupo III, dichos elementos se denominan aceptores.
Además, debe tenerse en cuenta que, a medida que un electrón entra en el agujero para recombinarse, deja un nuevo agujero en su lugar anterior, que a su vez será llenado por algún otro electrón. Esto indica que el movimiento de electrones en una dirección puede verse como el movimiento de huecos en la dirección opuesta. Por tanto, dicho material semiconductor se vuelve conductor por naturaleza. Sin embargo, cabe señalar que, para este caso, el número total de huecos será igual a la suma de los huecos inducidos por dopaje y los huecos generados por el proceso de excitación térmica, a diferencia de los electrones que se producen solo por al proceso de excitación térmica. Esto significa que aquí el número de huecos excede el número de electrones para los cuales los huecos serán los portadores de carga mayoritarios mientras que los electrones serán los portadores de carga minoritarios.Los materiales semiconductores extrínsecos se denominan acertadamente semiconductores de tipo p .
