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Unión p-n

Como sugiere su nombre, un semiconductor es un material cuyas propiedades eléctricas lo clasifican en algún lugar entre los conductores (de corriente eléctrica) y los aislantes.

El silicio (Si) es el semiconductor más utilizado pero existen otros (germanio, arseniuro de galio). En su estado puro (también llamado intrínseco), un bloque de silicio adquiere una estructura cristalina con propiedades eléctricas cercanas a las de un aislante. El valor del semiconductor radica en la posibilidad de potenciarlo, es decir la posibilidad de modificar su conductividad introduciendo un átomo extraño (impureza) en un cristal de silicio.

Un átomo de silicio es tetravalente (4 electrones en su capa de valencia). Completa su capa de valencia para alcanzar los 8 electrones al asociarse con otros 4 átomos de Si formando una estructura cristalina perfecta.

El dopaje de tipo n consiste en agregar una impureza donadora de electrones. Este es el caso si reemplazamos un átomo de silicio (Si) por un átomo pentavalente como el fósforo (P). La física de semiconductores explica que el quinto electrón en la capa de valencia está débilmente unido a su átomo. La adición de un átomo de fósforo genera un ion fijo, P+, y un electrón libre. Por lo tanto, un semiconductor de tipo n es neutro, pero su conductividad acaba de aumentar.

El dopaje tipo p consiste en agregar una impureza aceptora de electrones. Este es el caso si reemplazamos un átomo de silicio (Si) por un átomo trivalente como el boro (B). La física de semiconductores explica que el átomo de boro busca recuperar un electrón. La adición de un átomo de B conduce a un ion B- fijo y un hueco. Un hueco representa una ausencia de electrón. Se puede definir como una partícula de carga positiva -e (e es la carga del electrón). Por lo tanto, un semiconductor de tipo p es neutro, pero su conductividad acaba de aumentar.

  • Se dice que un bloque de silicio dopado es extrínseco.
  • Un semiconductor extrínseco de tipo n es un donante de electrones, mientras que un semiconductor extrínseco de tipo p es un donante de huecos. Un mnemotécnico para recordar podría ser: n significa donante de cargas libres negativas y p donante de cargas libres positivas.
  • La letra p minúscula que caracteriza el dopaje no debe confundirse con la letra P mayúscula que representa un átomo de fósforo.
  • Es importante distinguir entre cargas fijas (iones P+ y B-) y cargas libres (electrones libres y huecos de valencia). Sólo las cargas libres son móviles, es decir, capaces de moverse a través de la red de semiconductores.
  • El dopaje de un semiconductor requiere una atmósfera ultracontrolada. Debes saber que solo se inyecta un átomo de dopante entre miles de millones de átomos de Si. El comportamiento eléctrico del semiconductor depende de la pureza del cristal.