Semiconductores P y N - Arturo Lara

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2. Semiconductores P y N
Para mejorar la conductividad eléctrica de los semiconductores se utilizan impu-
rezas añadidas voluntariamente, operación denominada dopado, que pueden ser
de dos tipos:
a) Impurezas pentavalentes. Son elementos cuyos átomos tienen cinco electro-
nes de valencia en su orbital externo. Entre ellos se encuentran el fósforo, el
antimonio y el arsénico.
b) Impurezas trivalentes. Son elementos cuyos átomos tienen tres electrones de
valencia en su orbital externo. Entre ellos se encuentran el boro, el galio y el
indio.
Cuando un elemento con cinco electrones de valencia (figura 1.21) entra en la
red cristalina del silicio, se completan los cuatro electrones de valencia que se
precisan para llegar al equilibrio quedando un quinto electrón libre que se con-
vierte en portador de carga, aumentando su conductividad eléctrica. Un semi-
conductor dopado con impurezas pentavalentes se dice que es de tipo N por ser
negativa la carga de los portadores añadidos.
En cambio, si se introduce una impureza trivalente en la red cristalina del silicio
(figura 1.22) se forman tres enlaces envalentes con tres átomos de silicio vecinos,
quedando un cuarto átomo de silicio con un electrón sin enlazar, provocando un
hueco en la red cristalina. Los huecos originados son portadores de carga para el
paso de la corriente eléctrica formada por electrones que son transportados de
hueco en hueco. El hueco se comporta como una carga positiva que solo se pue-
de mover por el interior del semiconductor. Un semiconductor dopado con im-
purezas trivalentes se dice que es de tipo P por ser positiva la carga de los porta-
dores añadidos.
Unión PN
Cuando a un material semiconductor se le añaden impurezas tipo P por un lado
e impurezas tipo N por otro, se forma una unión PN con dos regiones, una N y
otra P separadas (figura 1.23).
Por la atracción entre cargas positivas y negativas, los electrones libres de la re-
gión N más próximos a la región P se difunden en esta, produciéndose la recom-
binación con los huecos más próximos de dicha región. En la región N se crean
iones positivos y en la región P se crean iones negativos.
Por el hecho de formar parte de una red cristalina, los iones mencionados no
se pueden mover y por lo tanto no son libres para recombinarse. Esta distribu-
ción de cargas en la unión establece un campo eléctrico o «barrera de poten-
cial» que impide el paso del resto de electrones de la región N a la región P, de-
teniendo la difusión y manteniendo separados a los portadores de carga de cada
región.
Una unión PN no conectada a un circuito exterior queda bloqueada y en equili-
brio electrónico a temperatura constante.
T Figura 1.21. Silicio con impureza
pentavalente (fósforo). Semicon-
ductor tipo N.
"t Figura 1.22. Silicio con impureza
trivalente (boro). Semiconductor
tipo P.
4) Electrón libre
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