UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

Capítulo 2
Un mecanismo adicional que modifica las propiedades de los semiconductores son las
reacciones nucleares aunque éstas sólo aparecen cuando la partícula incidente es muy energética.
Un átomo de silicio se puede transformar en aluminio o magnesio que funcionan como
impurezas aceptoras [MA92, p. 203-206] y se conocen perfectamente las reacciones nucleares
que se producen en este material cuando es bombardeado con neutrones así como la energía de
activación [Wro00]. Asimismo, es posible también la fisión de impurezas, en especial boro y
materiales radiactivos como uranio y torio. El primero se suele introducir como impureza
aceptora y se convierte fácilmente en litio. El uranio y el torio son impurezas naturales del silicio
debido a que se encuentran asociados, bajo la forma de uraninita o torianiata, al mineral de
cuarzo del que se extrae el silicio, siendo imposible su eliminación completa. Sin embargo, este
tipo de daño es mucho menos importante que el que produce la reacción nuclear a través de
mecanismos no ionizantes (Ap. 2.3).
Sería interesante saber como evoluciona el número y el tipo de defectos en un
semiconductor irradiado. Sin embargo, no se ha encontrado un modelo que permita determinar el
número de defectos en función del tiempo. Es posible que se pueda modelar como una suma de
exponenciales decrecientes:
i
N () t N A· e τ
= +∑ (2.1)
DEF DEF , ∞ i
i
− t
Ei
kT ·
i i· e
−
τ = ν (2.2)
siendo NDEF el número de defectos, NEDF,∞ el número de defectos finales, Ai y ni constantes
de proporcionalidad, Ei una constante con unidades de energía, k la constante de Boltzmann y T
la temperatura absoluta. El motivo por el que se propone esta expresión es el siguiente: Los
detectores de partículas utilizados en los grandes aceleradores son fotodiodos de silicio
polarizados en inversa. Al irradiar estos componentes, aparece una corriente llamada “corriente
oscura” cuyo valor es directamente proporcional al flujo de partículas que se ha recibido. Por
tanto, el valor de esta corriente es una medida directa del número de defectos presentes en la red.
Recientemente [Org99], se comprobó experimentalmente que se ajustaba perfectamente a una
función similar a (2.1-2.2). A temperatura ambiente, se midieron valores de τi de 1.3, 10.0 y 140
días.
Las expresiones semejantes a (2.2) son ampliamente conocidas en las ciencias
experimentales y se las denomina “de tipo Arrhenius”. Aparecen cuando se estudia el
comportamiento estadístico de partículas clásicas que deben superar una barrera de energía de
altura Ei. En el caso de un semiconductor irradiado, las barreras son las que deben superar los
átomos intersticiales, las impurezas donantes, etc. para recombinarse con las vacantes de la red.
Esta hipótesis se ve reforzada por el hecho de que se han desarrollado modelos para
estudiar el recocido de origen térmico observado en los defectos introducidos por la radiación
ionizante y su forma es similar a las expresiones anteriores.
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