Dopaje de Semiconductores Tipo N

 

Dopaje de semiconductores po N Se añade un pequeño porcentaje de átomos extraños en la red cristalina de silicio o germanio, y esto produce unos cambios espectaculares en sus propiedades eléctricas, especialmente en la conducvidad del material conductor. Los átomos de impurezas que se añaden son los que cuentan con 5 electrones de valencia, y de esa manera producir semiconductores de po n, por la contribución de electrones extras. Tipos de dopaje:

Los polímeros conductores pueden conductores pueden ser dopados mediante la adición de reactivos químicos para oxidar , en este caso para el tipo N, se oxida ya que gana electrones, y se carga negativamente o veces también se reduce, si se oxida los electrones serán empujados a los el sist si stem ema a de mo modo do qu que e lo los s el elec ectr tron ones es so son n em empu pujad jados os a lo los s co cond nduc ucto tore res s orbit orbitales ales (los conductores orbitales son los más externos) dentro externos)  dentro del sistema ya potencialmente conductor. Hay dos méto métodos dos principales principales de dopaje un polím polímero ero conductor, conductor, ambos de los cuale cuales s utili utilizan zan una oxidación-reducción (es decir, redox redox)) proceso. Dopaje químico: químico: Implica exponer un polímero a un oxidante; también el polímero puede ser  expuesto a un agente reductor; este método es mucho menos común, y típicamente implica metales alcalinos. Dopaje electroquímico:  electroquímico:  Utiliza un electrodo recubierto con un polímero y bañados en una solución electrolítica en la cual el polímero es insoluble. La aplicación de un voltaje entre los electrod electrodos os pro provoc voca a un mov movimi imient ento o de la sol soluci ución ón de ion iones es y ele electr ctrone ones s que se fij fijan an entonces enton ces sobre el polím polímero ero trata tratado, do, o escap escapan. an. Esto le da un exces exceso o (el dopaje N) o defecto (dopaje P) a los electrones en la banda de conducción de polímero. Este método es uno de los más eficaces, y el que más se investiga es el dopaje N, que no puede ocurrir ocurrir en presencia presencia de oxígeno. oxígeno. La debilidad debilidad del dopaje N, que consiste consiste en obten obtener  er  un exceso de electrones, es que es mucho menos común que el dopaje P, porque la atmósfera atmó sfera de la Tierr Tierra a es rica en oxíge oxígeno, no, y por tant tanto o se prese presenta nta como un medio ambiente ambie nte oxidante. oxidante. Un polímero polímero dopado N reacciona reacciona entonces entonces con el oxíge oxígeno no del aire y pierde el exceso de electrones, volviéndose neutro. Por lo tanto, el dopaje N implica que el polímero se debe mantener en un gas inerte (generalmente el Argón o también vale en Nitrógeno, como en nuestros experimentos).

 

Proceso: Al añadir impurezas pentavalentes como el anmonio, arséniso, o fósforo, aportan electrones libres, aumentando considerablemente la conducvidad del semiconductor intrínseco. El fósforo se puede añadir por difusión del gas fosna (PH3).

Sea una muestra de silicio a 300K. a) Calcule la densidad de portadores intrínsecos. b) Calcule la densidad densi dad de electrones y huecos si se dopa con fósforo fósforo en una concent concentració ración n de 1017 cm−3. c) Calcule la posición de los niveles de Fermi intrínseco y extrínseco. Resolución a)

b) El P dopa el Si po n. A 300 K, habrá ionización completa → se da:  N  D>>ni  (1017 >>1010 ).

c) El nivel de Fermi intrínseco se localizará en el centro de la banda prohibida. El extrínseco:

 

Variables:

ni  (Concentración intrínseca de portadores de carga libre) n, p (Concentraciones volumétricas de electrones y huecos)

 N c , N v (Densidad de estados efecvos en las bandas de conducción y valencia)  Ec , Ev  (Energía del nivel inferior de la banda de conducción y del superior en la de valencia)  E g (Energía de banda prohibida) k (Constante de Boltzmann) T (Temperatura)

 N  A , N  D (Número de impurezas aceptadoras ace ptadoras y donadoras)  E f  , E i (Energías del estado inicial y nal)