2.6 Conductividad y movilidad

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE

 Investiga los métodos y técnicas que se emplean para crear los distintos tipos de diodos rectificadores, así como las pruebas que deben superar antes de salir al mercado.

2.6 CONDUCTIVIDAD Y MOVILIDAD

La conductividad es la facilidad que presenta un material para que los electrones de su última órbita sean dislocados sin demasiado esfuerzo. Si se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un material semiconductor, ya sea tipo P o tipo N, los portadores libres de carga, los electrones en la banda de conducción y los huecos en la banda de valencia, admitirán una aceleración debido a la fuerza que el campo eléctrico ejerce sobre ellos ganando velocidad hasta que choquen con la red, y se frenen, pero inmediatamente son acelerados hasta el siguiente choque. Este proceso da como resultado que los portadores se muevan con una velocidad promedio, Vn los electrones y Vp los huecos, tal que se cumple:

Vn = mnE y Vp = mpE ( 1 )

Donde mn es la movilidad de los electrones y mp es la movilidad de los huecos, es decir, su vibración debido a la temperatura. Por tanto, si las concentraciones de portadores libres de carga en el material semiconductor son n electrones por cm3 y p huecos por cm3, la densidad de corriente será:

J= qnVn + qpvp= q (nmn+pmp) E = SE (2)

Donde q es la carga de un electrón y S es la conductividad del material, s es la inversa de la resistencia r (s= 1/r). La movilidad es independiente del campo electrónico para valores de éste, menores de 103 Vcm-1, varía con el E-1/2 para 103 Vcm-1 < E< 104 Vcm-1, y para valores de E superiores, empieza a variar inversamente con el campo

eléctrico alcanzando los electrones una velocidad máxima de saturación del orden de 107 cms

-1 . La movilidad lógicamente disminuye con la temperatura, a mayor temperatura mayor vibración en la red y mayor probabilidad de choques, en una relación de T-m donde, para el SI, m vale 2,5 para los electrones y 2,7 para los huecos. La conductividad en un material semiconductor intrínseco aumenta con la temperatura, ya que el aumento en función de la temperatura (ni) es mayor que la disminución de las movilidades. Para un semiconductor extrínseco, en un entorno amplio de la temperatura ambiente, como la concentración de portadores mayoritarios no varía apreciablemente, la conductividad disminuye con la movilidad. Es muy importante considerar que se producen dos corrientes, una denominada de arrastre, la cual se debe a un campo eléctrico, y otra denominada de difusión, producida por la diferencia de concentración de portadores. De esto se origina una de las propiedades que distingue a los semiconductores: número de portadores como producto de la temperatura. Este dato permite clasificar a los semiconductores de acuerdo a la cantidad de huecos en la banda de valencia en relación a la cantidad de electrones de la banda de conducción, de este modo, los semiconductores intrínsecos tienen igual número de huecos en la banda de valencia como electrones en la banda de conducción, y en los semiconductores extrínsecos esta relación es diferente, es decir pueden existir más electrones en la banda de conducción que huecos en la banda de valencia. En resumen, los semiconductores intrínsecos son los cristales puros como el silicio, y los semiconductores extrínsecos son los cristales con impurezas, o también denominados “dopados”.

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

 Investiga las características de la corriente de arrastre y la corriente de difusión.