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El dopado

n proceso que se realiza frecuentemente en electrónica, es el dopado. Consiste en añadir átomos del grupo III o V del Sistema Periódico, es decir, con 3 ó 5 electrones de valencia. Estos átomos sustituyen a algunos de los de silicio en la estructura. Pero los del grupo III carecen de uno de los cuatro electrones de valencia, por lo que se crean un hueco de carga positiva. Este hueco permite que uno de los electrones cercanos salte a él, creando a su vez un hueco en su lugar de origen, que puede ser usado a su vez por otro electrón.

Cuando se dopa un cristal semiconductor con una impureza del grupo V (figura A), que tiene 5 electrones de valencia, este átomo ocupa el lugar de uno de silicio, estableciendo cuatro enlaces con sus átomos vecinos. Pero queda un quinto electrón libre, que se puede desplazar por toda la estructura cristalina. Si en cambio se dopa el cristal con una impureza del grupo III (figura B), faltará un electrón para completar la estructura. El hueco que se forma, permite el movimiento de electrones hacia él. Estos electrones crearán a su vez más huecos en el lugar de la estructura donde se encontraban anteriormente. El efecto puede considerarse como el de un hueco que viaja por el cristal.

Si se somete el semiconductor a un campo eléctrico, los electrones tenderán a irse hacia el polo positivo, creando huecos en la parte negativa. El fenómeno se puede contemplar también como un hueco de carga positiva que viaja hacia el polo negativo. Esta interpretación es la más empleada por los ingenieros, ya que simplifica los cálculos.

Por tanto existe en teoría una partícula llamada hueco que posee la carga del electrón pero positiva y su misma masa. Es importante entender que este hueco es solo una convención matemática, y que en realidad se habla de un flujo de electrones en dirección contraria.

Con el dopado con elementos del grupo V, sucede exactamente el efecto físico contrario. En cada átomo existe un electrón que no tiene lugar en la estructura y se convierte en libre. Este electrón no está sujeto por la estructura y se puede mover libremente, siendo atraído por los campos eléctricos. En ambos casos, el del hueco y el del electrón, la carga creada puede ser empleada para la conducción de corriente eléctrica.

Pero los electrones y huecos producidos por las impurezas introducidas, no son suficientes para el funcionamiento del semiconductor, además intervienen los portadores de carga generados por los propios átomos del semiconductor, como se explica más adelante.

Semiconductores intrínsecos y extrínsecos

Los semiconductores intrínsecos son aquellos que no han sido dopados. Por tanto todos sus átomos son del material semiconductor. Los únicos conductores existentes son los pares electrón-hueco producidos por las aportaciones de energía externas. Como consecuencia, los portadores de carga positiva y los de carga negativa existen en la misma cantidad.

En los semiconductores extrínsecos, además de los pares electrón-hueco originados en el material semiconductor, existen los portadores creados por el dopado con materiales de tipo III o V. En este caso existen más portadores de un tipo que de otro. A los portadores que existen en mayor abundancia, los creados por el material dopante, se les llama portadores mayoritarios y a los otros, portadores minoritarios.

Los semiconductores extrínsecos pueden ser de tipo n o p en función de cuáles sean sus portadores mayoritarios; si son electrones, es de tipo n (negativo) y si son huecos, el semiconductor es de tipo p (positivo).

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