La propiedad eléctrica de un material que se encuentra entre aislante así como también conductor se conoce como material semiconductor. Los mejores ejemplos de semiconductores son Si y Ge. Los semiconductores se clasifican en dos tipos, a saber, semiconductores intrínsecos y semiconductores extrínsecos (tipo P y tipo N). El tipo intrínseco es un tipo puro de semiconductor, mientras que un tipo extenso incluye impurezas para hacer conductor. A temperatura ambiente, la conductividad intrínseca se volverá cero, mientras que la extrínseca se volverá poco conductora. Este artículo analiza una descripción general de intrínseca semiconductores y semiconductores extrínsecos con diagramas de dopaje y bandas de energía.
¿Qué es el semiconductor intrínseco?
Intrínseco semiconductor La definición es que un semiconductor que es extremadamente puro es un tipo intrínseco. En el concepto de banda de energía, la conductividad de este semiconductor será cero a temperatura ambiente, como se muestra en la siguiente figura. Los ejemplos de semiconductores intrínsecos son Si y Ge.
Semiconductor intrínseco
En lo de arriba banda de energía diagrama, la banda de conducción está vacía mientras que la banda de valencia está llena por completo. Una vez que se aumenta la temperatura, se le puede suministrar algo de energía térmica. Entonces, los electrones de la banda de valencia se suministran hacia la banda de conducción al salir de la banda de valencia.
Banda de energía
El flujo de electrones mientras llega desde la valencia hasta la banda de conducción será aleatorio. Los agujeros formados dentro del cristal también pueden fluir libremente en cualquier lugar. Entonces, el comportamiento de este semiconductor mostrará un TCR negativo ( coeficiente de temperatura de resistencia ). El TCR significa que cuando aumenta la temperatura, la resistividad del material disminuirá y la conductividad aumentará.
Diagrama de bandas de energía
¿Qué es el semiconductor extrínseco?
Para hacer un semiconductor como conductor, se agregan algunas impurezas que se llaman semiconductores extrínsecos. A temperatura ambiente, este tipo de semiconductor conducirá una pequeña corriente, sin embargo, no es útil para hacer una variedad de dispositivos electrónicos . Por lo tanto, para hacer que el semiconductor sea conductor, se puede agregar al material una pequeña cantidad de impureza apropiada mediante el proceso de dopado.
Semiconductor extrínseco
Dopaje
El proceso de agregar impurezas a un semiconductor se conoce como dopaje. La cantidad de impureza que se añade al material debe controlarse en la preparación de semiconductores extrínsecos. En general, se puede agregar un átomo de impureza a 108 átomos de un semiconductor.
Al agregar la impureza, el no. de huecos o electrones se puede aumentar para hacerlo conductor. Por ejemplo, si una impureza pentavalente incluye 5 electrones de valencia que se agregan a un semiconductor puro, entonces el no. de electrones existirá. Según el tipo de impureza agregada, el semiconductor extrínseco se puede clasificar en dos tipos, como semiconductor tipo N y semiconductor tipo P.
Concentración de portadores en semiconductores intrínsecos
En este tipo de semiconductor, una vez que los electrones de valencia dañan el enlace covalente y se mueven hacia la banda de conducción, se generarán dos tipos de portadores de carga como huecos y electrones libres.
El no. de electrones por cada unidad de volumen dentro de las bandas de conducción, de lo contrario, el no. de huecos por cada unidad de volumen dentro de la banda de valencia se conoce como concentración de portador en un semiconductor intrínseco. De manera similar, la concentración de portadores de electrones se puede definir como el no. de electrones por cada unidad de volumen dentro de la banda de conducción mientras que el no. de huecos por cada unidad de volumen dentro de la banda de valencia se conoce como concentración de portador de huecos.
En el tipo intrínseco, los electrones que se generan dentro de la banda de conducción pueden ser equivalentes al no. de huecos que se generan dentro de la banda de valencia. Por tanto, la concentración de portadores de electrones es equivalente a la concentración de portadores de huecos. Entonces se puede dar como
ni = n = p
Donde 'n' es la concentración del portador de electrones, 'P' es la concentración del portador del hueco y 'ni' es la concentración del portador intrínseco
En la banda de valencia, la concentración del agujero se puede escribir como
P = Nv e - (EF-ESV)/ABT
En la banda de conducción, la concentración de electrones se puede escribir como
N = P = Nc e - (EC-ESF)/ABT
En la ecuación anterior, 'KB' es la constante de Boltzmann
'T' es la temperatura total del semiconductor de tipo intrínseco
'Nc' es la densidad eficiente de estados dentro de la banda de conducción.
'Nv' es la densidad eficiente de estados dentro de la banda de valencia.
La conductividad del semiconductor intrínseco
El comportamiento de este semiconductor es como un perfecto aislante a cero grados de temperatura. Porque a esta temperatura, la banda de conducción está vacía, la banda de valencia está llena y para la conducción no hay portadores de carga. Sin embargo, a temperatura ambiente, la energía térmica puede ser suficiente para hacer un gran no. de pares de electrones-huecos. Siempre que se aplique un campo eléctrico a un semiconductor, el flujo de electrones estará allí debido al movimiento de los electrones en una dirección y los huecos en la dirección inversa.
Para un metal, la densidad de corriente será J = nqEµ
La densidad de corriente dentro de un semiconductor puro debido al flujo de huecos y electrones se puede dar como
Jn = nqEµnorte
Jp = pqEµpags
En las ecuaciones anteriores, 'n' es la concentración de electrones y 'q' es la carga en el hueco / electrón, 'p' es la concentración de huecos, 'E' es el campo eléctrico aplicado, 'µ'n es el movilidad de electrones y 'µ'p es la movilidad de los agujeros.
La densidad de toda la corriente es
J = Jn + Jp
= nqEµnorte+ pqEµpags
Yo =qE (nµnorte+ pµpags)
Donde J = σE, entonces la ecuación será
σE ==qE (nµnorte+ pµpags)
σ = q (nµnorte+ pµpags)
Aquí 'σ' es la conductividad del semiconductor
El no. de electrones son iguales al no. de agujeros en el semiconductor puro entonces n = p = ni
'Ni' es la concentración de portador de material intrínseco, por lo que
J =q (niµnorte+ niµpags)
La conductividad pura del semiconductor será
σ=q (niµnorte+ niµpags)
σ=qni (µnorte+ µpags)
Entonces, la conductividad del semiconductor puro depende principalmente de la movilidad intrínseca de semiconductores, electrones y huecos.
Preguntas frecuentes
1). ¿Qué es un semiconductor intrínseco y extrínseco?
El tipo puro de semiconductor es el tipo intrínseco, mientras que el extrínseco es el semiconductor en el que se pueden agregar impurezas para hacerlo conductor.
2). ¿Cuáles son los ejemplos de tipo intrínseco?
Son silicio y germanio
3). ¿Cuáles son los tipos de semiconductores extrínsecos?
Son semiconductores tipo P y tipo N
4) ¿Por qué se utilizan semiconductores extrínsecos en la fabricación de productos electrónicos?
Debido a que la conductividad eléctrica del tipo extrínseco es alta en comparación con la intrínseca. Entonces, estos son aplicables en el diseño de transistores, diodos, etc.
5). ¿Cuál es la conductividad intrínseca?
En un semiconductor, las impurezas y los defectos estructurales tienen una concentración extremadamente baja que se conoce como conductividad intrínseca.
Por lo tanto, se trata de una descripción general del semiconductor intrínseco y diagrama de bandas de energía y semiconductores extrínsecos con dopaje. Aquí hay una pregunta para ti, ¿cuál es la temperatura del intrínseco?
