SEMICONDUCTORES

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SEMICONDUCTORES

Elementos que tienen conductividad elèctrica inferior a la de un conductor metàlico, pero superior a la de un aislante

APLICACIONES

Materiales utilizados bàsicamente en dispositivos electrònicos

C.P.U

Circuito microscòpico que interpreta y ejecuta instrucciones

Oscilador

Aparato destinado a producir oscilaciones elèctricas

Conmutador

Dispositivo que permite modificar el camino que deben seguir los electrones

Diodos

Transistores

Rectificadores

Dispositivos de uniòn tipo p-n

Termistores

La conductividad depende de la temperatura (Alarmas contra incendios)

SEMICONDUCTORES UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA

Aleaciòn de Arsenio y Galio (GaAs), utilizado en amplificadores de señales

Aleaciones de germanio y Silicio (SiGe) son empleados en circuitos integrados de alta velocidad para radares y amplificadores de instrumentos elèctricos

Industria Electrònica

Silicio (Si) - Este material està presente en los dispositivos que conforman los circuitos integrados

PROPIEDADES ELÈCTRICAS

Las propiedades y comportamiento de los semiconductores se estudia màs profunfamente por la fìsica del estado sòlido

Movilidad de los portadores

La corriente es la relaciòn entre la velocidad de movimiento

Dirigido de electrones o huecos y la intensidad del campo elèctrico, igual a 1 V/cm

Banda prohibida

La energìa corresponde a la banda prohibida en alguno de estos materiales:

Eg = 1.4 eV - Arseniuro de galio

Eg = 1.2 eV - Selenio

Eg = 0.67 eV - Germanio

Eg = 1.1 eV - Silicio

Banda de energìa que separa la banda de valencia de la banda de conducciòn

Caracterìstica voltaje - corriente

Al elevar el voltaje aplicado al semiconductor la corriente aumenta considerablemente màs ràpido que el voltaje

Al invertir el voltaje la relaciòn entre la corriente y el voltaje es similar

Los semiconductores tienen una caracterìstica voltaje-corriente simètrica

Observàndose una relaciòn no lineal entre la corriente y el voltaje

Conductividad Elèctrica

Capacidad de conducir corriente elèctrica cuando se aplica una diferencia de potencial

Los cambios originan un aumento del nùmero de electrones o huecos liberados

Encargados de transportar energìa elèctrica

Es posible incrementar el nivel de conductividad mediante:

Integrando impurezas a su estructura molecular

Incremento de la radiciòn de la luz

Aumento de temperatura

CARACTERÌSTICAS

La conductividad de un elemento semiconductor se pueden variar aplicando uno de los siguientes metòdos:

3.- Incrementando la iluminaciòn (suministrando energìa en forma de calor, luz, etc.)

2.- Introducciòn de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina

1.- Elevaciòn de su temperatura

Los electrones dentro de un atòmo se pueden encontrar en 3 tipos de bandas diferentes

3.- Banda de valencia

Intervalo energètico donde estàn los electrones e la ùltima òrbita del atòmo

2.- Banda Prohibida

Energìa que adquiere un electròn de la banda de valencia para poder moverse libremente por el material y pasar a la banda de conducciòn

1.- Banda de Conducciòn

Intervalo energètico donde estàn aquellos electrones que pueden moverse libremente (libres de la atracciòn del atòmo)

Los ùnicos elementos semiconductores puros son: Carbono, Germanio y Silicio

Los electrones perifèricos en un semiconductor pueden ser liberados mediante la aplicaciòn de altas temperaturas, altos voltajes o ambos

Los semiconductores reales o puros no contienen electrones libres a bajas temperaturas

Pueden actuar como aislantes o conductores, todo depende de la temperatura y de la f.e.m (Fuerza electromotriz) aplicada

TIPOS

Depende de las impurezas que presenten y a su respuesta fìsica mediante estìmulos del entorno

Semiconductor Extrìnseco

Material semiconductor puro contaminado con impurezas en mìnimas porciones. A este proceso se le llama Dopaje

Material Tipo N

Se emplean como impurezas elementos pentavalentes (5 electrones de valencia)

El donante aporta electrones en exceso, los cuales al no encontrarse enlazados

El material Tipo N se le denomina como donador de electrones

Se mueven fàcilmente por la red cristalina aumentando su conductividad

Se emplean elementos como: Fòsforo (P), Arsènico (As) o Antimonio (Sb)

Material Tipo P

Se contamina el material semiconductor con atòmos de valencia 3. Si se intoduce este atòmo al material, queda un hueco donde deberìa ir un electròn

Al material tipo P se le denomina donador de huecos (o aceptador de electrones)

Este hueco se mueve fàcilmente por la estructura como si fuese un portador de carga positiva

Se emplean elementos como: Boro (B), Indio (In) o Galio (Galio)

Semiconductor Intrìnseco

Empleados històricamente Germanio (Ge) y el Silicio (Si)

Material hecho sòlo de un ùnico tipo de atòmo

Cada atòmo tiene:

4 electrones en su òrbita externa (Electrones de valencia), los comparte con los atòmos adyacentes

Formando 4 enlaces covalentes

Cada atòmo posee 8 electrones en su capa externa

La uniòn entre los electrones y sus atòmos es màs fuerte

Formando una red cristalina

Al aumentar la temperatura de dicha red, los electrones ganan energìa, pueden separarse del enlace e intervenir en la conducciòn elèctrica

A temperatura ambiente

Algunos electrones de valencia absorben energìa calorìfica para librarse del enlace covalente

Y poder moverse a tràves de la red cristalina, convirtièndose en electrones libres

Cuando un electròn libre abandona el atòmo de un cristal de silicio, deja en la red cristalina un hueco

Los electrones y huecos reciben el nombre de "PORTADORES"

Cuyo efecto es similar al que provocarìa una carga positiva

Si a estos electrones, se les somete al potencial elèctrico

Ejemplo: Potencial elèctrico de una pila, estos se dirigen al polo positivo

La resistividad de un conductor disminuye con la temperatura (su conductividad aumenta)

El material en circunstancias normales se comporta como un aislante

Los electrones no se desplazan fàcilmente

Semiconductores màs utilizados: Silicio, Germanio y Selenio.

Comportamiento Elèctrico

Caracterìsticas

Al conectar una pila, circula una corriente elèctrica en el circuito cerrado

Los huecos son portadores de carga positiva, se dirigen al polo negativo de la pila

Electrones libres son portadores de carga negativa, se dirigen al polo positivo de la pila