Dopaje (semiconductores) para niños
El dopaje es un proceso muy importante en la fabricación de semiconductores. Consiste en añadir intencionalmente una pequeña cantidad de "impurezas" a un material semiconductor muy puro. ¿Por qué se hace esto? Para cambiar sus propiedades eléctricas y hacer que conduzca la electricidad de una manera específica.
Los semiconductores que tienen un poco de dopaje se llaman extrínsecos. Si se les añade mucho dopaje, se vuelven tan buenos conductores que casi se parecen a un metal. A estos se les llama degenerados.
La cantidad de impurezas que se añaden es muy pequeña. A veces, solo se añade 1 átomo de impureza por cada 100.000.000 de átomos del semiconductor. Esto se llama dopaje ligero. Si se añaden más, por ejemplo, 1 átomo por cada 10.000, se le llama dopaje pesado. Este dopaje pesado se indica con un signo más, como N+ o P+.
Contenido
¿Cómo funciona el dopaje?
El dopaje es una técnica que se usa para controlar la cantidad de electrones y "huecos" (espacios vacíos donde debería haber un electrón) en los semiconductores.
Cuando se dopa un semiconductor, se pueden crear dos tipos de materiales:
- Material tipo N: Se forma cuando se añaden átomos de ciertos elementos (del grupo V de la tabla periódica) a semiconductores como el silicio. Estos átomos extra aportan electrones adicionales, aumentando la capacidad del material para conducir electricidad.
- Material tipo P: Se forma cuando se añaden átomos de otros elementos (del grupo III de la tabla periódica) a semiconductores. Estos átomos crean "huecos" o espacios vacíos que pueden ser ocupados por electrones, lo que también mejora la conductividad.
En resumen, los materiales tipo N aumentan la conductividad porque tienen más electrones libres, y los materiales tipo P aumentan la conductividad porque tienen más "huecos" disponibles para que los electrones se muevan.
Historia del dopaje
El dopaje fue inventado por John Robert Woodyard mientras trabajaba en la empresa Sperry Gyroscope Company durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945).
Aunque su trabajo en el radar era muy importante en ese momento y no le permitió investigar más a fondo el dopaje, después de la guerra, la empresa Sperry Rand se dio cuenta de lo útil que era esta técnica para fabricar transistores. Así, el dopaje se hizo muy conocido y demandado.
Elementos que se usan para dopar
Dopantes para semiconductores del grupo IV
Para los semiconductores que pertenecen al grupo IV de la tabla periódica, como el silicio, el germanio y el carburo de silicio, los elementos más comunes para dopar son los del grupo III o del grupo V.
Por ejemplo, para dopar el silicio, se suelen usar elementos como el boro, el arsénico, el fósforo y a veces el galio.
Tipos de materiales dopados
Material tipo N
Un material se llama tipo N (o negativo) cuando se le añaden átomos de impurezas que liberan electrones extra. Estos átomos se llaman donantes porque "donan" o entregan electrones. Suelen ser elementos con cinco electrones en su capa exterior (del grupo XV de la tabla periódica), como el arsénico y el fósforo.
Cuando se introduce un átomo donante en el semiconductor, este átomo es eléctricamente neutro, pero tiene un electrón extra que no está fuertemente unido. Es más fácil que este electrón se libere y se mueva por el material que romper los enlaces normales del cristal.
Así, en un material tipo N, hay más electrones libres que "huecos". Los electrones son los que más se mueven y transportan la corriente, por eso se les llama "portadores mayoritarios". La cantidad de electrones libres depende directamente de cuántos átomos donantes se hayan añadido.
Dopaje de tipo N |
Material tipo P
Un material se llama tipo P (o positivo) cuando se le añaden átomos de impurezas que crean "huecos" (espacios vacíos donde falta un electrón). Estos átomos se llaman aceptores porque "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser elementos con tres electrones en su capa exterior (del grupo XIII de la tabla periódica), como el aluminio, el indio o el galio.
Al igual que en el tipo N, el átomo aceptor es neutro, pero como solo tiene tres electrones en su capa exterior, crea un "hueco" en la estructura del cristal. Este hueco tiende a "atraer" electrones de los átomos cercanos, lo que hace que los electrones se muevan y el hueco parezca moverse en la dirección opuesta.
En un material tipo P, hay más "huecos" que electrones libres. Los "huecos" son los "portadores mayoritarios" de la corriente. La cantidad de "huecos" también depende directamente de cuántos átomos aceptores se hayan añadido.
Dopaje de tipo P |
Dopaje en materiales orgánicos
Los polímeros conductores (que son materiales plásticos que pueden conducir electricidad) también se pueden dopar. Esto se hace añadiendo sustancias químicas que pueden quitar o añadir electrones a las "órbitas" del polímero, haciendo que conduzca mejor.
Hay dos formas principales de dopar un polímero conductor:
- Dopaje químico: Se expone el polímero (a menudo una capa delgada) a una sustancia que le quita electrones (como el yodo o el bromo) o le añade electrones (como algunos metales).
- Dopaje electroquímico: Se coloca el polímero en una solución especial y se le aplica electricidad. Dependiendo de cómo se aplique la electricidad, se pueden añadir o quitar electrones del polímero.
El dopaje tipo N (añadir electrones) es menos común en polímeros porque el aire de la Tierra, que tiene mucho oxígeno, tiende a quitarle esos electrones extra al polímero, haciendo que pierda su dopaje.
Véase también
En inglés: Doping (semiconductor) Facts for Kids
- Transistor
- Transistor de unión bipolar
- Unión PN
- Diodo
