Impurezas Donor y Aceptor en Semiconductores

Definición de Doping

El doping es el proceso de agregar impurezas a un semiconductor para cambiar sus propiedades conductoras.

Impurezas Donadoras

Las impurezas donadoras son átomos pentavalentes añadidos a semiconductores, que contribuyen con electrones libres adicionales, creando semiconductores de tipo n.

Semiconductor de Tipo N

Cuando se añaden impurezas de tipo n o donadoras a un semiconductor, la brecha de energía prohibida en la estructura reticular se estrecha. Los átomos donadores introducen nuevos niveles de energía justo debajo de la banda de conducción. Estos niveles son discretos porque los átomos de impureza están muy separados e interactúan mínimamente. En el germanio, la brecha de energía es de 0.01 eV, y en el silicio, es de 0.05 eV a temperatura ambiente. Por lo tanto, a temperatura ambiente, el quinto electrón de los átomos donadores entra en la banda de conducción. El aumento en el número de electrones conduce a menos huecos.

El número de huecos por unidad de volumen en un semiconductor de tipo n es incluso menor que en la misma unidad de volumen de un semiconductor intrínseco a la misma temperatura. Esto se debe a los electrones excesivos, y habrá una tasa de recombinación de pares electrón-hueco más alta que en un semiconductor puro o intrínseco.

Semiconductor de Tipo P

Si en lugar de una impureza pentavalente, se añade una impureza trivalente al semiconductor intrínseco, entonces en lugar de electrones excesivos, se crearán huecos excesivos en el cristal. Cuando se añade una impureza trivalente al cristal de semiconductor, los átomos trivalentes reemplazan algunos de los átomos tetra-valentes del semiconductor. Los tres (3) electrones de valencia del átomo de impureza trivalente formarán enlaces con tres átomos de semiconductor vecinos. Por lo tanto, habrá una falta de un electrón en uno de los enlaces del cuarto átomo de semiconductor vecino, lo que contribuirá a un hueco en el cristal. Dado que las impurezas trivalentes contribuyen con huecos excesivos al cristal de semiconductor, y estos huecos pueden aceptar electrones, estas impurezas se denominan impurezas aceptoras. Como los huecos llevan virtualmente carga positiva, dichas impurezas se denominan impurezas de tipo positivo o p, y el semiconductor con impurezas de tipo p se llama semiconductor de tipo p.

Añadir impurezas trivalentes a un semiconductor crea un nivel de energía discreto justo encima de la banda de valencia. La pequeña brecha entre la banda de valencia y este nuevo nivel de energía permite que los electrones se muevan fácilmente a un nivel superior con una pequeña cantidad de energía externa. Cuando un electrón se mueve a este nuevo nivel, deja un vacío, o hueco, en la banda de valencia.

Cuando añadimos una impureza de tipo n al semiconductor, habrá un exceso de electrones en el cristal, pero esto no significa que no haya ningún hueco. Debido a la naturaleza intrínseca del semiconductor a temperatura ambiente, siempre hay algunos pares electrón-hueco en el semiconductor. Debido a la adición de impurezas de tipo n, los electrones se añaden a esos pares electrón-hueco y también se reduce el número de huecos debido a la recombinación excesiva de electrones. Por lo tanto, el número total de portadores de carga negativa o electrones libres será mayor que el de huecos en el semiconductor de tipo n. Por eso, en el semiconductor de tipo n, los electrones se llaman portadores de carga mayoritarios, mientras que los huecos se llaman portadores de carga minoritarios. De manera similar, en el semiconductor de tipo p, los huecos se llaman portadores de carga mayoritarios y los electrones, portadores de carga minoritarios.

Impurezas Aceptoras

Las impurezas aceptoras son átomos trivalentes añadidos a semiconductores, creando huecos excesivos, formando semiconductores de tipo p.