Fisica General Burbano

706 ELECTRÓNICA
El EFECTO SCHOTTKY es la disminución de la barrera de potencial del metal debida a la presencia
del campo recolector de los electrones emitidos, y tiene como consecuencia el reforzamiento del
efecto emisor original. La disminución de la barrera es aproximadamente proporcional a la raíz
cuadrada de la intensidad del campo en la superficie.
La EMISIÓN DE CAMPO o EMISIÓN EN FRÍO, se produce por la aplicación de campos eléctricos muy
intensos, del orden de 10 7 V/m, incluso con el metal sin calentar ni iluminar. Esta emisión es independiente
de la temperatura y se debe a un efecto túnel a través de la barrera de potencial.
XXIX – 6. Semiconductores intrínsecos
Fig. XXIX-7.– Cubo unidad del silicio
y del germanio.
Fig. XXIX-8.– Modelo bidimensional
de los enlaces en un cristal puro de
silicio a T = 0 K.
Fig. XXIX-9.– La vacante dejada al
romperse un enlace puede ser ocupada
por un electrón de valencia. El
efecto es el de un hueco con carga
positiva moviéndose en el sentido del
campo aplicado.
Fig. XXIX-10.– Un electrón que, absorbiendo
energía, pasa a la banda
de conducción origina un hueco en
la de valencia.
Los elementos semiconductores por excelencia son el silicio y el germanio, aunque existen
otros elementos como el estaño, y compuestos, como el arseniuro de galio o el sulfuro de plomo
(II) entre otros muchos, que se comportan como tales. Tanto el germanio como el silicio poseen
cuatro electrones de valencia que forman parte de los enlaces covalentes que mantienen unidos a
los átomos. La estructura cristalina de ambos elementos se puede generar por repetición de la celda
unidad de la Fig. XXIX-7, en la que las barras entre átomos indican la localización de los electrones
que forman los enlaces.
Resulta más cómodo para nuestros propósitos representar la red cristalina mediante el modelo
bidimensional de la Fig. XXIX-8. En ella se refleja cómo cada átomo de silicio se encuentra rodeado
de cuatro vecinos próximos con los que comparte sus cuatro electrones de valencia. Si la temperatura
es de cero grados Kelvin, todos estos electrones hacen su papel de enlace y tienen
energías correspondientes a la banda de valencia, que está completa mientras que la de conducción
permanece vacía; a esta temperatura un semiconductor es un aislante perfecto. Ahora bien, si
se aumenta la temperatura aumenta la energía cinética de vibración de los átomos de la red y algunos
electrones de valencia pueden absorber de los átomos vecinos la energía suficiente para liberarse
del enlace y moverse a través del cristal como electrones libres; su energía pertenece en
este caso a la banda de conducción. Cuanto más elevada sea la temperatura, mayor será el número
de electrones de conducción, pero ya a temperatura ambiente ese número es el suficiente como
para poder decir que el semiconductor conduce la corriente eléctrica.
Como se aprecia en la Fig. XXIX-9, un electrón de valencia que se ha convertido en electrón
de conducción, deja una vacante, de forma que, si se aplica un campo eléctrico al semiconductor,
ésta puede ser ocupada por otro electrón de valencia que deja, a su vez, una nueva vacante en la región
donde estaba. El efecto es el de una carga +e moviéndose en la dirección del campo eléctrico.
Se interpreta este hecho diciendo que: el paso de un electrón a la banda de conducción produce
un HUECO en la banda de valencia, al que se considera como un portador de carga positiva que
contribuye a la conducción (Fig. XXIX-10).
El concepto de hueco como partícula cargada es un artificio que permite describir de forma
sencilla el complejo movimiento de los electrones de valencia en una capa incompleta.
Paralelamente al proceso descrito de generación térmica de pares electrón-hueco se da el de
recombinación; algunos electrones de la banda de conducción pueden perder energía, emitiéndola
en forma de fotones por ejemplo, y pasar a la de valencia ocupando un nivel energético que estaba
libre, o sea, recombinándose con un hueco. Si la temperatura permanece constante se tendrá
un equilibrio entre los procesos de generación y recombinación de pares, con el mismo número
medio de electrones en la banda de conducción que el de huecos en la de valencia.
A un semiconductor puro, como el que estamos describiendo, se le llama SEMICONDUCTOR
INTRÍNSECO, y al fenómeno de la conducción asociada a la formación de pares en él, CONDUCCIÓN
INTRÍNSECA.
Designando por p y n a las concentraciones de huecos y electrones, respectivamente, se verifica:
p = n = n i
donde n i
se llama CONCENTRACIÓN DE PORTADORES INTRÍNSECOS.
XXIX – 7. Semiconductores extrínsecos.
En los semiconductores se añaden impurezas deliberadamente durante el proceso de fabricación,
consistentes en átomos distintos a los del elemento base (silicio o germanio). La presencia de
estas impurezas, a pesar de constituir un porcentaje muy bajo del número total de átomos, afectan
drásticamente a la conductividad del material y a la dependencia de ésta con la temperatura; por
ejemplo, la inclusión de un átomo de arsénico por cada 10 5 de germanio aumenta la conductividad
en un factor de 10 4 a temperatura ambiente.
Durante la formación del cristal a partir del elemento fundido se añaden como impurezas elementos
del quinto grupo del sistema periódico (fósforo, arsénico, antimonio o bismuto) o del tercer
grupo (boro, aluminio, indio o galio); estos átomos se intercalan en la red cristalina distorsionándola
ligeramente en sus proximidades. Según sean de uno u otro grupo las impurezas añadidas, dan
lugar a los semiconductores extrínsecos tipo N o tipo P.
En los SEMICONDUCTORES N cada átomo de elemento del grupo V emplea cuatro de sus cinco
electrones de valencia en los enlaces covalentes con sus vecinos, pero el quinto no interviene en
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