Curso de Energía Solar Fotovoltaica

[02]-TEORIA DE SEMICONDUCTORES

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Estructura Semiconductor Tipo N	SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO N: en la figura se presenta la estructura cristalina del Silicio (Si) dopado con Antimonio (Sb) al introducirse un átomo de impurezas de este elemento, hecho por el que recibe el nombre de semiconductor extrínseco. Como se aprecia el átomo de Sb no solo cumple con los cuatro enlaces covalentes, sino que aún le sobra un electrón, que tiende a salirse de su órbita para que quede estable el átomo de Sb. Por cada átomo de impurezas añadido aparece un electrón libre en la estructura. Aunque se añadan impurezas en relación de uno a un millón, en la estructura del silicio además de los 10¹⁰ electrones y 10¹⁰ huecos libres que existen por cm^3, a la temperatura ambiente, hay ahora que sumar una cantidad de electrones libres equivalente a la de átomos de impurezas. En estas condiciones el Si con impurezas de Sb alcanza 10¹⁶ electrones libres y 10¹⁰ huecos libres por cm³, siendo en consecuencia el numero de portadores eléctricos negativos mucho mayor que el de los positivos, por lo que los primeros reciben la denominación de portadores mayoritarios y los segundos la de portadores minoritarios y, por el mismo motivo, se le asigna a este tipo de semiconductores extrínsecos la clasificación de SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO TIPO N. SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS TIPO P: en la figura se presenta la estructura cristalina del Silicio (Si) dopado con Aluminio (Al). Por cada átomo de impurezas trivalente que se añade al semiconductor intrínseco aparece en la estructura un hueco, o lo que es lo mismo, la falta de un electrón. Añadiendo un átomo de impurezas trivalente por cada millón de átomos de semiconductor existen: 10¹⁶ huecos libres y 10¹⁰ electrones libres por cm^3, a la temperatura ambiente. Como en este semiconductor hay mayor numero de cargas positivas o huecos, se les denomina a estos, portadores mayoritarios; mientras que los electrones libres, únicamente propiciados por los efectos de la agitación térmica son los portadores minoritarios. Por esta misma razón el semiconductor extrínseco así formado recibe el nombre de SEMICONDUCTOR EXTRíNSECO TIPO P, siendo neutro el conjunto de la estructura, al igual que sucedía con el TIPO N. UNION DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N: Al colocar parte del semiconductor TIPO P junto a otra parte del semiconductor TIPO N, debido a la ley de difusión los electrones de la zona N, donde hay alta concentración de estos, tienden a dirigirse a la zona P, que a penas los tiene, sucediendo lo contrario con los huecos, que tratan de dirigirse de la zona P, donde hay alta concentración de huecos, a la zona N. Eso ocasiona su encuentro y neutralización en la zona de unión. Al encontrarse un electrón con un hueco desaparece el electrón libre, que pasa ocupar el lugar del hueco, y por lo tanto también desaparece este último, formándose en dicha zona de la unión una estructura estable y neutra. Como quiera que la zona N era en principio neutra y al colocarla junto a la zona P pierde electrones libres, hace que cada vez vaya siendo más positiva, mientras que la zona P, al perder huecos, se hace cada vez más negativa. Así aparece una diferencia de potencial entre las zonas N y P, separadas por la zona de unión que es neutra. La tensión que aparece entre las zonas, llamada barrera de potencial, se opone a la ley de difusión, puesto que el potencial positivo que se va creando en la zona N repele a los huecos que se acercan de P, y el potencial negativo de la zona P repele a los electrones de la zona N. Cuando ambas zonas han perdido cierta cantidad de portadores mayoritarios que se han recombinado, la barrera de potencial creada impide la continuación de la difusión y por tanto la igualación de las concentraciones de ambas zonas. La barrera de potencial es del orden de 0.2V cuando el semiconductor es de Ge y de unos 0.5V cuando es de Si.
Estructura Semiconductor Tipo P
Estructura unión PN
Banda de Energía Prohibida
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