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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 V/m, incluso con el metal sin calentar ni iluminar. Esta emisión es inde-
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pendiente de la temperatura y se debe a un efecto túnel a través de la barrera de potencial.
XXIX 6. Semiconductores intrínsecos
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
Fig. XXIX-7. Cubo unidad del sili- cuatro electrones de valencia que forman parte de los enlaces covalentes que mantienen unidos a
cio y del germanio. los átomos. La estructura cristalina de ambos elementos se puede generar por repetición de la cel-
da unidad de la Fig. XXIX-7, en la que las barras entre átomos indican la localización de los elec-
trones 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 rodea-
do de cuatro vecinos próximos con los que comparte sus cuatro electrones de valencia. Si la tem-
peratura 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 conduc-
ción 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 al-
gunos electrones de valencia pueden absorber de los átomos vecinos la energía suficiente para li-
berarse 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 núme-
ro 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.
Fig. XXIX-8. Modelo bidimensional Como se aprecia en la Fig. XXIX-9, un electrón de valencia que se ha convertido en electrón
de los enlaces en un cristal puro de de conducción, deja una vacante, de forma que, si se aplica un campo eléctrico al semiconductor,
silicio a T =0 K. ésta puede ser ocupada por otro electrón de valencia que deja, a su vez, una nueva vacante en la re-
gión 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 produ-
ce 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, emitiéndo-
la en forma de fotones por ejemplo, y pasar a la de valencia ocupando un nivel energético que es- MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
taba 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.
Fig. XXIX-9. La vacante dejada al A un semiconductor puro, como el que estamos describiendo, se le llama SEMICONDUCTOR
romperse un enlace puede ser ocu- INTRÍNSECO, y al fenómeno de la conducción asociada a la formación de pares en él, CONDUCCIÓN
pada por un electrón de valencia. El INTRÍNSECA.
efecto es el de un hueco con carga Designando por p y n a las concentraciones de huecos y electrones, respectivamente, se verifica:
positiva moviéndose en el sentido del
campo aplicado. p =n =n i
donde n se llama CONCENTRACIÓN DE PORTADORES INTRÍNSECOS.
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XXIX 7. Semiconductores extrínsecos.
En los semiconductores se añaden impurezas deliberadamente durante el proceso de fabrica-
ción, 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
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ejemplo, la inclusión de un átomo de arsénico por cada 10 de germanio aumenta la conductivi-
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dad en un factor de 10 a temperatura ambiente.
Durante la formación del cristal a partir del elemento fundido se añaden como impurezas ele-
mentos 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 distorsionándo-
la ligeramente en sus proximidades. Según sean de uno u otro grupo las impurezas añadidas, dan
Fig. XXIX-10. Un electrón que, ab-
sorbiendo energía, pasa a la banda lugar a los semiconductores extrínsecos tipo N o tipo P.
de conducción origina un hueco en En los SEMICONDUCTORES N cada átomo de elemento del grupo V emplea cuatro de sus cinco
la de valencia. electrones de valencia en los enlaces covalentes con sus vecinos, pero el quinto no interviene en
