Que é un semiconductor intrínseco

Que é un Semiconductor Intrínseco?

Definición de Semiconductor Intrínseco

Un semiconductor é un material cuxa conductividade está entre a dos conductores e a dos aislantes. Os semiconductores quimicamente puros, o que significa libres de impurezas, chámanse Semiconductores Intrínsecos ou Semiconductores Non Dopados ou Semiconductores de Tipo i. Os semiconductores intrínsecos máis comúns son o Silicio (Si) e o Xermánio (Ge), que pertencen ao Grupo IV da táboa periódica. Os números atómicos do Si e do Ge son 14 e 32, respectivamente, o que dá como configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2, respectivamente.

Tanto o Si como o Ge teñen catro eléctrons na súa capa externa, ou valencia. Estes eléctrons de valencia son os responsables das propiedades de conducción dos semiconductores.

A rede cristalina do Silicio (é a mesma para o Xermánio) en dúas dimensións é como se mostra na Figura 1. Aquí véxese que cada electrón de valencia dun átomo de Si emparela co electrón de valencia do átomo de Si adxacente para formar unha ligazón covalente.

Despois do emparellamento, os semiconductores intrínsecos carecen de portadores de carga libres, que son os eléctrons de valencia. A 0K, a banda de valencia está chea, e a banda de conducción está baleira. Ningún electrón de valencia ten suficiente enerxía para cruzar a banda prohibida, facendo que os semiconductores intrínsecos actúen como aislantes a 0K.

No entanto, a temperatura ambiente, a enerxía térmica pode causar que algunhas das ligazóns covalentes se rompan, xerando así eléctrons libres como se mostra na Figura 3a. Os eléctrons xerados así excitáronse e movéronse á banda de conducción desde a banda de valencia, superando a barreira de enerxía (Figura 2b). Durante este proceso, cada electrón deixa un burato na banda de valencia. Os eléctrons e buratos creados desta maneira chámanse portadores de carga intrínsecos e son os responsables das propiedades conductoras exhibidas polo material semiconductor intrínseco.

Aínda que os semiconductores intrínsecos poden conducir a temperatura ambiente, a súa conductividade é baixa debido aos poucos portadores de carga. Á medida que a temperatura aumenta, máis ligazóns covalentes se rompen, xerando máis eléctrons libres. Estes eléctrons moveñanse dende a banda de valencia á banda de conducción, aumentando a conductividade. O número de eléctrons (ni) sempre é igual ao número de buratos (pi) no semiconductor intrínseco.

Ao aplicar un campo eléctrico a un tal semiconductor intrínseco, as parellas electrón-burato poden ser feitas para desprazar baixo a súa influencia. Neste caso, os eléctrons moveñanse na dirección oposta ao campo aplicado mentres que os buratos moveñanse na dirección do campo eléctrico, como se mostra na Figura 3b. Isto significa que a dirección na que os eléctrons e os buratos se moven son mutuamente opostas. Isto é porque, cando un electrón dun átomo particular move cara a esquerda, deixando un burato no seu lugar, o electrón do átomo veciño ocupa o seu lugar recombinándose con ese burato. Pero ao facelo, deixaría outro burato no seu lugar. Isto pode verse como o movemento dos buratos (cara a dereita neste caso) no material semiconductor. Estes dous movementos, aínda que opostos en dirección, resultan no flujo total de corrente a través do semiconductor.

Matematicamente, as densidades de portadores de carga nos semiconductores intrínsecos danse por

Aquí,

Nc é a densidade efectiva de estados na banda de conducción.

Nv é a densidade efectiva de estados na banda de valencia.

é a constante de Boltzmann.

T é a temperatura.

EF é a enerxía de Fermi.

Ev indica o nivel da banda de valencia.

Ec indica o nivel da banda de conducción.

é a constante de Planck.

mh é a masa efectiva dun burato.

me é a masa efectiva dun electrón.