Fisica General Burbano

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esos enlaces (Fig. XXIX-11). Por otra parte, el nivel de energía del estado fundamental de este
electrón se encuentra por debajo de la banda de conducción y muy próximo a ella, de forma que
a cero grados kelvin el electrón se encontrará ligado a su átomo, pero al aumentar la temperatura
pasará fácilmente a la banda de conducción, posibilitando así la conducción eléctrica, sin que se
hayan formado pares electrón-hueco, ya que no se ha roto ningún enlace. A estas impurezas que
ceden electrones se les denomina IMPUREZAS DONADORAS, y a los niveles de energía que introducen,
NIVELES DONADORES (Fig. XXIX-13).
Si se aumenta lo suficiente la temperatura empezarán a romperse enlaces y a formarse, por
tanto, pares electrón-hueco. Ahora la conducción se verificará mediante ambos tipos de portadores
de carga, pero la concentración de electrones de conducción en el semiconductor N será mayor
que la de huecos; los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos los minoritarios.
Puesto que las impurezas están presentes en cantidades siempre muy pequeñas, a temperaturas
elevadas el número de pares de portadores formados puede llegar a ser mucho mayor que el número
de átomos de impurezas y el semiconductor se comportará como intrínseco.
En los SEMICONDUCTORES P las impurezas son átomos con tres electrones de valencia que al intercalarse
en la red cristalina dejan un enlace por átomo sin completar (Fig. XXIX-12). Esto da
como resultado la aparición de niveles energéticos próximos a la banda de valencia, que se denominan
NIVELES ACEPTORES (Fig. XXIX-13).
A cero grados kelvin estos niveles están vacíos, pero un aumento de temperatura provocará la
promoción hasta ellos de electrones de la banda de valencia. Los electrones promocionados pasan
a formar parte de un enlace por lo que no contribuyen a la conducción, sin embargo, han dejado
tras de sí huecos que sí que lo hacen. Aunque la temperatura sea suficiente para la formación de
pares electrón-hueco, un semiconductor P, con impurezas aceptoras, conduce principalmente por
huecos, que son en este caso los portadores mayoritarios. Al igual que ocurre con los semiconductores
N, a temperatura elevada la conducción intrínseca llega a enmascarar a la extrínseca y el semiconductor
se comporta como si fuese puro.
Se verifica que para semiconductores en equilibrio con cualquiera de los dos tipos de impurezas,
el producto de las concentraciones de electrones y huecos, a una cierta temperatura, es siempre
igual al cuadrado de la concentración de portadores intrínsecos:
np
En la práctica, en una muestra de semiconductor existen los dos tipos de impurezas y éste se
comportará como tipo P o N según que predomine la concentración de las aceptoras o de las donadoras.
Llamando N A
a la concentración de las primeras y N D
a la de las segundas, y suponiéndolas
todas ionizadas, la condición de neutralidad del cristal impone la siguiente relación:
n+ N = p + N
En efecto: la concentración de carga positiva será la suma de la de huecos más la de impurezas
donadoras que han cedido su electrón, y la concentración de carga negativa será la correspondiente
a electrones e impurezas aceptoras ionizadas. La condición de carga neta nula demuestra la
relación anterior.
B) VÁLVULAS ELECTRÓNICAS*
XXIX – 8. Efecto Edison-Richardson o termoiónico
A
= 2 VÁLVULAS ELECTRÓNICAS 707
Consiste en la propiedad que tienen los metales en caliente de liberar electrones desde su superficie.
La Fig XXIX-14, análoga a la Fig. XXIX-6, muestra la distribución de electrones para distintas
temperaturas de un determinado metal; se observa que a temperaturas del orden de 3 000K existe
un número apreciable de electrones (zona sombreada en la figura) con energía suficiente para superar
la barrera de potencial superficial, que si se encuentran próximos a la superficie del metal
pueden escapar de él.
Los electrones liberados, atraídos por el metal que ha quedado cargado positivamente como
consecuencia de la emisión, forman en las proximidades de la superficie una nube electrónica a la
que se denomina CARGA ESPACIAL y que tiene por efecto aumentar el trabajo de extracción, E W
, de
nuevos electrones. Para mantener la misma intensidad de emisión hay que retirar inmediatamente
los electrones liberados, lo que se consigue poniendo enfrente del metal emisor (cátodo) un electrodo
a potencial positivo respecto de aquél (ánodo). Cuando el ánodo recoge todos los electrones
emitidos por el cátodo, a la intensidad de corriente existente entre ellos se le llama INTENSIDAD DE
SATURACIÓN. La corriente en condiciones de saturación se establece a partir de un valor mínimo de
n i
D
Fig. XXIX-11.– Silicio (Si) impurificado
con antimonio (Sb). Un electrón
de valencia del Sb no interviene en
los enlaces.
Fig. XXIX-12.– Las impurezas del
tercer grupo del sistema periódico
dejan un enlace por átomo sin completar.
Fig. XXIX-13.– Niveles donadores y
aceptores introducidos por impurezas
del quinto y del tercer grupo respectivamente.
* Las válvulas electrónicas han sido sustituidas en su práctica totalidad por dispositivos semiconductores, que se verán a
continuación.