Electrónica Básica, semiconductores

El germanio y el silicio son los principales elementos básicos que constituyen los semiconductores: diodos, transistores, circuitos integrados, tiristores...etc. Llamaremos semiconductor intrínseco aquel que únicamente está constituido por átomos de germanio o silicio y para pasar un electrón de la banda de valencia a la de conducción se necesita aplicar externamente una energía eléctrica o calor.

Para que esto ocurra, se necesita aplicar 0.7eV, que se define como la unidad de energía adquirida por un electrón sometido a una diferencia de potencial de 1V. Un semiconductor intrínseco, es eléctricamente neutro y se denomina semiconductor de tipo i.

Semiconductor extrínseco

Las propiedades eléctricas de este tipo de conductores dependen de las impurezas añadidas al cristal semiconductor puro. Estas impurezas pueden ser donoras ( antimonio, fosforo) que tienen cinco electrones en su ultima capa o aceptoras como el galio o el boro que poseen tres electrones en su ultima capa. El grado de contaminación o dopado de estas impurezas nos generara dos tipos de semiconductores, tipo n y tipo p.

Semiconductor tipo N

Está constituido por germanio o silicio puro con impurezas donoras. En este tipo de cristal o semiconductor, los electrones son los portadores de la carga en mayor proporción (mayoristas), siendo los huecos los portadores minoritarios. La corriente debida a los portadores mayoritarios es mayor que la establecida en sentido contrario por los minoritarios. Cuando al cristal N se le aplica un campo electroestático externo, la mayor corriente es la originada por los electrones y al semiconductor se le denomina de tipo N (por tener exceso de cargas negativas.

Semiconductor tipo P

Constituido por germanio o silicio con impurezas aceptoras. En este caso los huecos son los portadores de la carga en mayor proporción. Los electrones son los portadores minoritarios. El borro (impureza) acepta electrones del germanio o el silicio. Cuando al cristal P se le aplica un campo electroestático externo, como a en este ejemplo, la corriente debida a los portadores minoritarios es pequeña y al semiconductor se le denomina tipo P (por tener exceso de cargas positivas.

semiconductores
Cuando a un cristal de germanio o silicio se le añaden impurezas aceptoras por una parte y donoras por la otra, se obtiene un cristal de unión PN. En la parte semiconductora formada con impurezas aceptoras, antes de formarse la unión, predominan las cargas positivas y en la formada por las donoras, le sobran electrones.

Al producirse la unión de los dos cristales, los electrones libres del cristal N, cruzan la unión y sé recombinan con los huecos libres del cristal P, así mismo, los huecos libres del P pasan al N para recombinarse. En este proceso de unión de cristales, existirán las siguientes corrientes de recombinación: la de electrones que pasa de N a P, y la de huecos del P al N. Cuando se llegue al equilibrio, estas corrientes ya no existiran llegando a formarse una corriente nula.

Establecido este equilibrio, se cumple que:

-          La barrera de potencial existente tiene un potencial

-          Las características de la barrera no se modifican, a no ser que sea aplicada una tensión externa.

-          Aparece un campo electroestático E, en la dirección del cristal P al N.

-          El espesor de la barrera es del orden de micras.

-          La barrera constituye un pequeño condensador C.

Polarización directa

Polarizar externamente una unión semiconductora consiste en aplicar una fuente de potencial entre los terminales metálicos de la salida, con el fin de producir una corriente determinada; por tanto, la polarización directa consiste en aplicar el positivo de la fuente de potencial al lado del terminal del cristal tipo P y el negativo al de tipo N, con lo que las dimensiones de la barrera disminuyen y se favorece al paso de los electrones del cristal N al P. La polarización inversa consiste en aplicar una tensión contraria a la aplicada en la polarización directa. En este caso se favorece el paso de electrones del P al N.