Principios de electrónica, 7ma Edición - Albero Malvino

34 Capítulo 2
Figura 2.8
(a) Dopaje para obtener más electrones libres. (b) Dopaje para obtener más huecos.
ELECTRÓN LIBRE
(a)
(b)
nes en el orbital de valencia, el electrón extra permanece en un orbital de mayor nivel. En otras palabras, es un electrón
libre.
Cada átomo pentavalente o átomo donante de un cristal de silicio produce un electrón libre. De este modo, los
fabricantes controlan la conductividad de un semiconductor dopado. Cuantas más impurezas se añaden, mayor es
la conductividad. De este modo, un semiconductor puede estar fuerte o débilmente dopado. Un semiconductor débilmente
dopado presenta una resistencia alta, mientras que un semiconductor fuertemente dopado presenta una resistencia
baja.
Aumento del número de huecos
¿Cómo se puede dopar un cristal de silicio puro para obtener un exceso de huecos? Utilizando una impureza
trivalente, es decir, una impureza cuyos átomos tengan sólo tres electrones de valencia. Algunos ejemplos son el
aluminio, el boro y el galio.
La Figura 2.8b muestra un átomo trivalente en el centro. Está rodeado por cuatro átomos de silicio, cada uno
compartiendo uno de sus átomos de valencia. Puesto que originalmente el átomo trivalente sólo tenía tres electrones
de valencia y comparte un electrón con cada uno de los vecinos, sólo habrá siete electrones en el orbital de valencia.
Esto significa que aparece un hueco en el orbital de valencia de cada átomo trivalente. Un átomo trivalente
se denomina también átomo aceptor, porque cada uno de los huecos con que contribuye puede aceptar un electrón
libre durante la recombinación.
Recuerde que...
Para que un fabricante pueda dopar un semiconductor, inicialmente debe fabricarlo como un cristal absolutamente
puro. A continuación, controlando la cantidad de impurezas, pueden controlar de forma precisa las propiedades del
semiconductor. En los primeros tiempos de los semiconductores, era más fácil obtener cristales puros de germanio
que cristales puros de silicio, por lo que los primeros dispositivos semiconductores se fabricaron utilizando ger-
Ejemplo 2.4
Un semiconductor dopado tiene 10.000 millones de átomos de silicio y 15 millones de átomos pentavalentes. Si
la temperatura ambiente es de 25ºC, ¿cuántos electrones libres y huecos habrá en el interior del semiconductor?
SOLUCIÓN Cada uno de los átomos pentavalentes contribuye con un electrón libre. Por tanto, el semiconductor
tiene 15 millones de electrones libres producidos por el proceso de dopaje. Casi no habrá huecos, ya que los únicos
huecos serán los producidos por el efecto de la energía térmica.
PROBLEMA PRÁCTICO 2.4 En las mismas condiciones que en el Ejemplo 2.4, si se añaden 5 millones de
átomos trivalentes en lugar de los átomos pentavalentes, ¿cuántos huecos habrá en el interior del semiconductor?