SEMICONDUCTORES
Elementos que tienen conductividad elèctrica inferior a la de un conductor metàlico, pero superior a la de un aislante
Semiconductores màs utilizados: Silicio, Germanio y Selenio.
Comportamiento Elèctrico
Caracterìsticas
Electrones libres son portadores de carga negativa, se dirigen al polo positivo de la pila
Los huecos son portadores de carga positiva, se dirigen al polo negativo de la pila
Al conectar una pila, circula una corriente elèctrica en el circuito cerrado
TIPOS
Depende de las impurezas que presenten y a su respuesta fìsica mediante estìmulos del entorno
Semiconductor Intrìnseco
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
Formando una red cristalina
Los electrones no se desplazan fàcilmente
El material en circunstancias normales se comporta como un aislante
Al aumentar la temperatura de dicha red, los electrones ganan energìa, pueden separarse del enlace e intervenir en la conducciòn elèctrica
La resistividad de un conductor disminuye con la temperatura (su conductividad aumenta)
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
Si a estos electrones, se les somete al potencial elèctrico
Ejemplo: Potencial elèctrico de una pila, estos se dirigen al polo positivo
Cuando un electròn libre abandona el atòmo de un cristal de silicio, deja en la red cristalina un hueco
Cuyo efecto es similar al que provocarìa una carga positiva
Los electrones y huecos reciben el nombre de "PORTADORES"
La uniòn entre los electrones y sus atòmos es màs fuerte
Empleados històricamente Germanio (Ge) y el Silicio (Si)
Semiconductor Extrìnseco
Material semiconductor puro contaminado con impurezas en mìnimas porciones. A este proceso se le llama Dopaje
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
Se emplean elementos como: Boro (B), Indio (In) o Galio (Galio)
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
Material Tipo N
Se emplean como impurezas elementos pentavalentes (5 electrones de valencia)
Se emplean elementos como: Fòsforo (P), Arsènico (As) o Antimonio (Sb)
El donante aporta electrones en exceso, los cuales al no encontrarse enlazados
Se mueven fàcilmente por la red cristalina aumentando su conductividad
El material Tipo N se le denomina como donador de electrones
CARACTERÌSTICAS
Pueden actuar como aislantes o conductores, todo depende de la temperatura y de la f.e.m (Fuerza electromotriz) aplicada
Los semiconductores reales o puros no contienen electrones libres a bajas temperaturas
Los electrones perifèricos en un semiconductor pueden ser liberados mediante la aplicaciòn de altas temperaturas, altos voltajes o ambos
Los ùnicos elementos semiconductores puros son: Carbono, Germanio y Silicio
Los electrones dentro de un atòmo se pueden encontrar en 3 tipos de bandas diferentes
1.- Banda de Conducciòn
Intervalo energètico donde estàn aquellos electrones que pueden moverse libremente (libres de la atracciòn 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
3.- Banda de valencia
Intervalo energètico donde estàn los electrones e la ùltima òrbita del atòmo
La conductividad de un elemento semiconductor se pueden variar aplicando uno de los siguientes metòdos:
1.- Elevaciòn de su temperatura
2.- Introducciòn de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina
3.- Incrementando la iluminaciòn (suministrando energìa en forma de calor, luz, etc.)
PROPIEDADES ELÈCTRICAS
Las propiedades y comportamiento de los semiconductores se estudia màs profunfamente por la fìsica del estado sòlido
Conductividad Elèctrica
Capacidad de conducir corriente elèctrica cuando se aplica una diferencia de potencial
Es posible incrementar el nivel de conductividad mediante:
Aumento de temperatura
Incremento de la radiciòn de la luz
Integrando impurezas a su estructura molecular
Los cambios originan un aumento del nùmero de electrones o huecos liberados
Encargados de transportar energìa elèctrica
Caracterìstica voltaje - corriente
Al elevar el voltaje aplicado al semiconductor la corriente aumenta considerablemente màs ràpido que el voltaje
Observàndose una relaciòn no lineal entre la corriente y el voltaje
Al invertir el voltaje la relaciòn entre la corriente y el voltaje es similar
Los semiconductores tienen una caracterìstica voltaje-corriente simètrica
Banda prohibida
Banda de energìa que separa la banda de valencia de la banda de conducciòn
La energìa corresponde a la banda prohibida en alguno de estos materiales:
Eg = 1.1 eV - Silicio
Eg = 0.67 eV - Germanio
Eg = 1.2 eV - Selenio
Eg = 1.4 eV - Arseniuro de galio
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
SEMICONDUCTORES UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA
Industria Electrònica
Silicio (Si) - Este material està presente en los dispositivos que conforman los circuitos integrados
Aleaciones de germanio y Silicio (SiGe) son empleados en circuitos integrados de alta velocidad para radares y amplificadores de instrumentos elèctricos
Aleaciòn de Arsenio y Galio (GaAs), utilizado en amplificadores de señales
APLICACIONES
Materiales utilizados bàsicamente en dispositivos electrònicos
Termistores
La conductividad depende de la temperatura (Alarmas contra incendios)
Rectificadores
Dispositivos de uniòn tipo p-n
Transistores
Diodos
Conmutador
Dispositivo que permite modificar el camino que deben seguir los electrones
Oscilador
Aparato destinado a producir oscilaciones elèctricas
C.P.U
Circuito microscòpico que interpreta y ejecuta instrucciones