Semiconductor intrínseco

Un semiconductor intrínseco , también llamado semiconductor puro , semiconductor sin dopar o semiconductor de tipo i , es un semiconductor sin especies dopantes significativas . Por lo tanto, el número de portadores de carga está determinado por las propiedades del material en sí, en lugar de por la cantidad de impurezas. En los semiconductores intrínsecos, el número de electrones excitados y el número de huecos son iguales: n  =  p, como consecuencia directa de la neutralidad de carga del semiconductor. Esto puede ocurrir incluso después de dopar el semiconductor, aunque solo si se dopa con donadores y aceptores por igual. En este caso, n  =  p sigue siendo válido, y el semiconductor permanece intrínseco, aunque dopado. Esto significa que algunos conductores son tanto intrínsecos como extrínsecos, pero solo si n (dopante donador de electrones/electrones excitados) es igual a p (dopante aceptor de electrones/huecos vacantes que actúan como cargas positivas).

La conductividad eléctrica de los semiconductores químicamente puros aún puede verse afectada por defectos cristalográficos de origen tecnológico (como vacantes ), algunos de los cuales pueden comportarse de manera similar a los dopantes. Sin embargo, su efecto a menudo puede despreciarse, y el número de electrones en la banda de conducción es entonces exactamente igual al número de huecos en la banda de valencia . La conducción de corriente de un semiconductor intrínseco es posible únicamente por la excitación de electrones a través de la banda prohibida, que suele ser pequeña a temperatura ambiente, excepto para semiconductores de banda prohibida estrecha, como el Hg._0,8 Cd_0.2 Te.

La conductividad de un semiconductor puede modelarse mediante la teoría de bandas de los sólidos. Este modelo sugiere que, a temperaturas normales, existe una probabilidad finita de que los electrones alcancen la banda de conducción y contribuyan a la conducción eléctrica. Un cristal de silicio se diferencia de un aislante porque, a cualquier temperatura superior al cero absoluto, existe una probabilidad no nula de que un electrón de la red se desprenda de su posición, dejando un hueco. Si se aplica un voltaje, tanto el electrón como el hueco pueden contribuir a una pequeña corriente eléctrica.

En un semiconductor intrínseco como el silicio, a temperaturas superiores al cero absoluto , algunos electrones se excitan a través de la banda prohibida hacia la banda de conducción, y estos electrones pueden sustentar el flujo de carga. Cuando un electrón en silicio puro cruza la banda prohibida, deja una vacante electrónica o "hueco" en la red cristalina regular del silicio. Bajo la influencia de un voltaje externo, tanto el electrón como el hueco pueden moverse a través del material. En un semiconductor de tipo n , el dopante aporta electrones adicionales, aumentando drásticamente la conductividad. En un semiconductor de tipo p , el dopante produce vacantes o huecos adicionales, que también aumentan la conductividad. Sin embargo, es el comportamiento de la unión p-n lo que constituye la clave de la enorme variedad de dispositivos electrónicos de estado sólido.

La corriente que fluye en un semiconductor intrínseco se compone tanto de electrones como de huecos. Es decir, los electrones liberados de sus posiciones en la red cristalina hacia la banda de conducción pueden moverse a través del material. Además, otros electrones pueden saltar entre posiciones de la red para ocupar las vacantes dejadas por los electrones liberados. Este mecanismo adicional se denomina conducción de huecos, ya que es como si los huecos migraran a través del material en dirección opuesta al movimiento de los electrones libres. El flujo de corriente en un semiconductor intrínseco está influenciado por la densidad de estados de energía, que a su vez influye en la densidad de electrones en la banda de conducción. Esta corriente depende en gran medida de la temperatura.

• Sze, Simon M. (1981). Física de dispositivos semiconductores (2.ª ed.) . John Wiley and Sons (WIE). ISBN 0-471-05661-8.
• Kittel, Ch. (2004). Introducción a la física del estado sólido . John Wiley and Sons. ISBN 0-471-41526-X.

• Semiconductor extrínseco
  • Semiconductor de tipo N
  • semiconductor de tipo P