Metales, no metales y..... de nuevo surgen los electrones

Hace unos días  me han preguntado  en clase  lo que significan las letras P y N que acompañan las descripciones de los transistores utilizados en electrónica, La verdad es que siempre he oido esta clasificación, pero no sabía a qué se debía...ahí va una explicación clara que he encontrado en esos 50 gramos de los que hablaba la anterior entrada. Nunca 50 gramos dieron tanto ¿verdad?
Espero que entiendan que todo lo que nos rodea tiene que ver con los  electrones......

Semiconductores extrínsecos


Se denominan semiconductores extrínsecos a aquellos semiconductores puros a los que se les han introducido impurezas en pequeñísimas cantidades, con el propósito de aumentar su conducción. Estas impurezas suelen ser elementos pertenecientes a los grupos 13 y  15 de la tabla periódica y se mezclan con el germanio o el silicio (grupo 14) en estado de fusión para que algunos átomos de estos sean sustituidos por átomos de impureza durante el proceso de cristalización. Este efecto se denomina “dopado” y según sea el elemento utilizado como impureza del grupo tercero o quinto el semiconductor se denomina de tipo P o N respectivamente.


Silicio "extrínseco" tipo "P"

Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de compuesto, normalmente trivalente, es decir con 3 electrones en la capa de valencia, al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos, huecos).Cuando el material dopante es añadido, éste libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptador.

El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. Un hueco se comporta como una cierta carga positiva. Cuando un número suficiente de aceptores son añadidos, los huecos superan ampliamente la excitación térmica de los electrones. Así, los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb), que contienen impurezas de boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera natural.

Silicio "extrínseco" tipo "N"

Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de compuesto, normalmente pentavalente, es decir con 5 electrones en la capa de valencia, al semiconductor para poder aumentar el número de electrones libre). Este tipo de agente dopante es también conocido como material donador ya que cede uno de sus electrones al semiconductor.

El propósito del dopaje tipo N es el de producir abundancia de electrones libres en el material. Los átomos del silicio tienen una valencia cuatro, por lo que se forma un enlace covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes. Si un átomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla periódica (ej. fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá cuatro enlaces covalentes y un electrón no enlazado. Este electrón extra da como resultado la formación de electrones libres, el número de electrones en el material supera ampliamente el número de huecos, en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios.