Física de semiconductores

E. Becquerel observó un fotovoltaje al alumbrar un electrodo de un electrolito.W. Smith, en 1873, advirtió que la resistencia del selenio disminuye al iluminarlo.H. Hall descubre que la cantidad de portadores de carga eléctrica en los semiconductores es mucho menor que en los metales, aunque a diferencia de éstos, aumentan rápidamente con la temperatura, y también que en los semiconductores tienen mucha mayor movilidad.También observó que en algunos casos los portadores eran negativos y en otros positivos.Debido a que la banda que efectivamente conduce es la que está casi vacía o casi llena, la poca densidad de los portadores de carga en el seno del cristal hace que se comporten como un gas clásico o maxweliano.Si bien estos últimos son ficticios, ya que resultan de un estado vacante en la banda de valencia, esta condición no invalida los modelos.Sin entrar en detalles, un semiconductor presenta dos tipos de corriente eléctrica:El modelo de las 2 corrientes es el usado para describir los portadores, donde los electrones excitados son los que conducen cargas negativas y los huecos transportan carga positiva.El caso intrínseco se da en cristales puros, donde la densidad de carga es despreciable.Las bandas de conducción solo pueden ser ocupadas por electrones que abandonaron la banda de valencia, dejando una vacancia, o sea un hueco.El caso extrinseco, por el contrario, tiene exceso ya sea de electrones o huecos.Esto se debe que el cristal puro se encuentra "contaminado" con un átomo de otro tipo que puede agregar un donor (electron) o un aceptor (hueco), esto pasa cuando ese átomo contaminante tiene una cantidad distinta de electrones en la capa de valencia a los de la red pura.Por ejemplo, en un cristal de silicio o de germanio, dopado con elementos pentavalentes (As, P o Sb); al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará que al formarse la estructura cristalina, el quinto electrón no estará ligado en ningún enlace covalente, encontrándose, aún sin estar libre, en un nivel energético superior a los cuatro restantes.Aun siendo mayor n que p, la ley de masas se sigue cumpliendo, dado que aunque aparentemente sólo se aumente el número de electrones libres, al hacerlo, se incrementa la probabilidad de recombinación, lo que resulta en un disminución del número de huecos p, es decir: :n > ni = pi > p, tal que: n·p = ni² Por lo que respecta a la conductividad del material, ésta aumenta enormemente, así, por ejemplo, introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.En cambio si se ha dopado con elementos trivalentes (Al, B, Ga o In), las impurezas aportan una vacante, por lo que se las denomina aceptoras (de electrones, se entiende).En este caso, los electrones saltarán a las vacantes con facilidad dejando huecos en la banda de valencia en mayor número que electrones en la banda de conducción, de modo que ahora son los huecos los portadores mayoritarios.