Concentración de portadores en semiconductor

 
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Concentración de portadores en semiconductor
 
 
El titulo de este apartado también le podemos denominar “ley de acción de masas”. Está ley se basa en añadir impurezas a un semiconductor, dependiendo que tipo de impurezas podemos deducir conclusiones generales.

Puede producirse 2 situaciones:
1ª - Añadir impurezas de tipo n a un semiconductor Intrínseco (sin dopar), para formar un semiconductor Extrínseco (tipo n), produce que los huecos disminuyan.

2ª – Añadir impurezas de tipo p a un semiconductor Intrínseco (sin dopar), para formar un semiconductor Extrínseco (tipo n), produce que disminuya la cantidad de electrones libres.

Entonces podemos deducir de estos dos apartados, que esos huecos que disminuyen y esos electrones que también se reducen van directamente ligados con la energía cinética que les permite moverse.

Pero el tiempo de vida de esos portadores no es infinito y una parte importante de ellos esta sometida a procesos de recombinación, mediante los cuales un electrón pasa a ocupar el nivel correspondiente a un hueco, desapareciendo tanto el electrón como el hueco y liberando al mismo tiempo energía.


Explicación más profunda mediante ecuaciones que rigen esta ley de acción de masas.
La multiplicación de las concentraciones de electrones libres y huecas (una vez determinada la posición de fermi), podemos deducir que estas dos concentraciones de portadores son totalmente independientes respecto del nivel de fermi (También llamado “dopado del semiconductores”) y eso hace que podamos afirmar que estás concentraciones sólo depende de la temperatura… su expresión es:

np =n_i^2



Está ecuación es la que representa esté apartado “concentración de portadores en un semiconductor” (Ley de acción de masas).
Ahora enfatizaremos sobre ella:

1- Está ecuación puede ser aplicada tanto en semiconductores Intrínsecos o Extrínsecos.

2- Para que se aplique tenemos que estar en equilibrio térmico.

Si el conductor es Intrínseco, entonces
n = p = n_i (deducimos que las concentración Intrínseca representa la concentración de portadores en un semiconductor Intrínseco en equilibrio térmico)

Si el semiconductor se encuentra dopado, esta ley de acción de masas no es suficiente, por lo dicho anteriormente (dos concentraciones de portadores son totalmente independientes respecto del nivel de fermi) y también podemos decir que necesitamos una relación que ligue dicha concentración con la densidad de impurezas donadora y aceptora. (Ley de neutralidad eléctrica)

Con está ley de neutralidad podemos calcular n y p en un semiconductor extrínseco, gracias a los experimentos que se hicieron en su momento con el cristal.


[Cargas +] = [Cargas –]

N_d + p = N_a + n

Como conclusión podemos decir que para que estas ecuaciones sean correctas es preciso que la concentración de dopado sea muy superior a la concentración Intrínseca.