En general, los semiconductores son materiales, inorgánicos u orgánicos, que tienen la capacidad de controlar su conducción dependiendo de la estructura química, la temperatura, la iluminación y la presencia de dopantes. El nombre semiconductor proviene del hecho de que estos materiales tienen una conductividad eléctrica entre la de un metal, como cobre, oro, etc. y un aislante, como el vidrio. Tienen una brecha de energía inferior a 4eV (aproximadamente 1eV). En física de estado sólido, este intervalo de energía o intervalo de banda es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción.donde los estados electrónicos están prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones en un semiconductor deben obtener energía (p. Ej., De la radiación ionizante) para atravesar el intervalo de banda y alcanzar la banda de conducción. Las propiedades de los semiconductores están determinadas por la brecha de energía entre las bandas de valencia y conducción.
Semiconductor intrínseco – Semiconductor puro
Un semiconductor intrínseco es un semiconductor completamente puro sin ninguna especie dopante presente. Por lo tanto, los semiconductores intrínsecos también se conocen como semiconductores puros o semiconductores de tipo i.
Por lo tanto, el número de portadores de carga a cierta temperatura está determinado por las propiedades del material en lugar de la cantidad de impurezas. Tenga en cuenta que una muestra de 1 cm 3 de germanio puro a 20 ° C contiene aproximadamente 4.2 × 10 22 átomos, pero también contiene aproximadamente 2.5 x 10 13 electrones libres y 2.5 x 10 13 agujeros. Estos portadores de carga se producen por excitación térmica. En semiconductores intrínsecos, el número de electrones excitados y el número de agujeros son iguales: n = p . Los electrones y los agujeros se crean por excitación de electrones de la banda de valencia a la banda de conducción. Un agujero de electrones(a menudo simplemente llamado un agujero) es la falta de un electrón en una posición donde uno podría existir en un átomo o red atómica. Esta igualdad puede ser incluso el caso después de dopaje del semiconductor, aunque solo si está dopado con donantes y aceptadores por igual. En este caso, n = p aún se mantiene, y el semiconductor sigue siendo intrínseco, aunque dopado.
Los semiconductores tienen una brecha de energía inferior a 4eV (aproximadamente 1eV). Las brechas de banda son naturalmente diferentes para diferentes materiales. Por ejemplo, el diamante es un semiconductor de banda ancha (Egap = 5.47 eV) con alto potencial como material de dispositivo electrónico en muchos dispositivos. Por otro lado, el germanio tiene una pequeña energía de banda prohibida ( brecha E = 0.67 eV), que requiere operar el detector a temperaturas criogénicas. En física del estado sólido, este intervalo de energía o intervalo de banda es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde los estados de electrones están prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones en un semiconductor deben obtener energía (por ejemplo, de la radiación ionizante) para atravesar el intervalo de banda y alcanzar la banda de conducción.
Sin embargo, los semiconductores intrínsecos no son muy útiles, ya que no son muy buenos aislantes ni muy buenos conductores. Sin embargo, una característica importante de los semiconductores es que su conductividad se puede aumentar y controlar dopando con impurezas y activando con campos eléctricos. Recuerde, una muestra de 1 cm 3 de germanio puro a 20 ° C contiene aproximadamente 4.2 × 10 22 átomos, pero también contiene aproximadamente 2.5 x 10 13 electrones libres y 2.5 x 10 13 agujeros generados constantemente a partir de energía térmica. La absorción total de un fotón de 1 MeV produce alrededor de 3 x 10 5 pares de electrones . Este valor es menor en comparación con el número total de operadores gratuitos en 1 cm 3Semiconductor intrínseco. Como se puede ver, la relación señal / ruido (S / N) sería mínima. La adición de 0.001% de arsénico (una impureza) dona 10 17 electrones libres adicionales en el mismo volumen y la conductividad eléctrica aumenta en un factor de 10,000. En material dopado, la relación señal / ruido (S / N) sería aún menor. Debido a que el germanio tiene un intervalo de banda relativamente bajo, estos detectores deben enfriarse para reducir la generación térmica de portadores de carga a un nivel aceptable. De lo contrario, el ruido inducido por la corriente de fuga destruye la resolución energética del detector. El dopaje y la compuerta mueven la banda de conducción o de valencia mucho más cerca del nivel de Fermi y aumentan en gran medida el número de estados parcialmente llenos.