Semiconductores.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENERIA

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Informe: semiconductores Docente ing. LAZO OCHOA DOMINGO PEDRO Alumno: CADILLO POMA DEYBIS ELVIS Código: 20132726C Sección: “N”

Semiconductores Son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas temperaturas son aislantes. Pero a medida que se eleva la temperatura o bien por la adicción de determinadas impurezas resulta posible su conducción. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos integrados, etc... Los semiconductores tienen valencia 4, esto es 4 electrones en órbita exterior o de valencia. Los conductores tienen 1 electrón de valencia, los semiconductores 4 y los aislantes 8 electrones de valencia. Los 2 semiconductores que veremos serán el Silicio y el Germanio:

Física de Semiconductores Para entender los principios físicos de los semiconductores tenemos que conocer como están formados los átomos de los elementos. En el núcleo del átomo se encuentran protones, con carga positiva y los neutrones, solo con masa, no tienen carga eléctrica. Fuera del núcleo y girando alrededor de él, en las llamadas órbitas, se encuentran los electrones, con la misma carga que los protones pero negativa.

Cualquier átomo tiene el mismo número de protones en su núcleo que electrones girando en órbitas alrededor del núcleo. La carga positiva de los protones se anula con la negativa de los electrones, por eso el átomo, en su estado normal, tiene carga eléctrica nula (no tiene carga). Para que un electrón de las capas más próximas al núcleo sea capaz de abandonar el átomo, tendríamos que ir pasándolo de capa en capa hasta llegar a la última capa. Es decir necesitaríamos ir suministrándole energía para pasar de una capa a otra hasta llegar a la más externa (banda de valencia). Inicialmente, tienen poca energía y pasarían a mucha energía al llegar a la capa más externa. Esto sería muy difícil de hacer, por este motivo, estos electrones no se usan para abandonar el átomo y provocar corriente eléctrica. Solo se usan los electrones de la última capa, llamados electrones de valencia. Estos son los que utilizaremos para hacerles abandonar el átomo, que pasen a otro y provocar corriente eléctrica por el material

Podríamos resumir todo esto diciendo que los electrones dentro de un átomo se pueden encontrar en 3 tipos de bandas diferentes: - Banda de Valencia:

En la teoría de sólidos, se denomina banda de valencia al más alto de los intervalos de energías electrónicas (o bandas) que se encuentra ocupado por electrones en el cero absoluto. En semiconductores y aislantes aparece una banda prohibida o gap por encima de la banda de valencia, seguida de una banda de conducción a energías aún mayores. En los metales, por el contrario, no hay ningún intervalo de energías prohibidas entre las bandas de valencia y de conducción.

- Banda Prohibida en la física del estado sólido y otros campos relacionados, es la diferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción. Esta cantidad se encuentra presente en aislantes y semiconductores, su predicción puede llegar a ser un reto para muchos de los métodos teóricos relacionados con la Teoría de bandas.

Banda de conducción: En semiconductores y aislantes, la banda de conducción es el intervalo de energías electrónicas que, estando por encima de la banda de valencia, permite a los electrones sufrir aceleraciones por la presencia de un campo eléctrico externo y, por tanto, permite la presencia de corrientes eléctricas. Los electrones de un semiconductor pueden alcanzar esta banda cuando reciben suficiente energía, generalmente debido a la excitación térmica.

Características de Semiconductores Tenemos que decir que cuando arrancamos un electrón al átomo, este se desequilibra, pasando a tener carga positiva (un protón más que electrones tenía). Esto es lo que se conoce como ionización, ya que lo convertimos en un ión positivo o catión. Si por el contrario, el átomo no tiene su última capa llena y, por cualquier circunstancia le llega un electrón nuevo a esta capa, quedará cargado negativamente (un electrón más que protones tenía). Se convierte en un Ion negativo o anión. El carbono, el silicio, el germanio y el estaño tienen en su última capa 4 electrones, se les llama tetravalente, por que pueden ceder 1, 2, 3 o 4 electrones. Lógicamente un material está formado por millones de átomos, unidos mediante enlaces. Todos los semiconductores son materiales que tienen su átomos unidos por enlaces covalentes. (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más). Comparten los electrones de su última capa de 2 en 2. Uno de estos electrones compartidos entre dos átomo por medio el enlace covalente, será el que tengamos que arrancar.

Producción de pares electrón-hueco Cuando un electrón se marcha del átomo rompe el enlace covalente de pares de electrones y dejará un hueco vacío (fíjate en la imagen de arriba en el silicio). Este hueco puede ser ocupado, más bien lo ocupará, otro electrón que hubiera abandonado otro átomo cercano a él. Así que se van generando huecos y estos huecos se van rellanando por otros electrones de otros átomos. Así es como pasa la corriente por los semiconductores, pares electrón-hueco. Se dice que en la conducción de los semiconductores interviene el par electrón-hueco.

Los dos materiales que más se usan para fabricar semiconductores son el Germanio y el Silicio. Ahora bien, purificar un material al cien por cien, requiere procesos muy costosos, lo que hace que los materiales que se usan contengan muchas impurezas. Por la cantidad de impurezas que posean, se pueden clasificar en intrínsecos y extrínsecos.

Tipos de semiconductores según su pureza 

Semiconductores intrínsecos: Cuando un material es semiconductor intrínseco es capaz de transmitir electricidad en estado puro, es decir, sin impurezas ni átomos de otro tipo en su estructura.

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Semiconductores extrínsecos: Se diferencia del semiconductor intrínseco porque contiene un pequeño porcentaje de impurezas (elemento trivalente o pentavalentes). A la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le puede introducir cierta alteración para que permitan el paso de la corriente eléctrica en una sola dirección. El proceso de aplicación de impurezas se denomina “dopado”.

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Semiconductor tipo N: Se añade material dopante para aumentar la cantidad de electrones libres, permitiendo así la conducción de la carga eléctrica. Sin embargo, el semiconductor tipo N no es tan buen conductor como un cuerpo metálico conductor.

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Semiconductor tipo P: En lugar de agregarse material dopante que aumente la cantidad de electrones, se agrega al material átomos o impurezas trivalentes que, al unirse a los átomos del semiconductor, crean huecos (la falta de un electrón). Así, el material se vuelve conductor con carga positiva.

Flujo de corriente en materiales tipo n y p. En un espécimen puro de material semiconductor, hay (como ya se indicó) el mismo número de portadores de carga de ambos tipos (huecos y electrones), por lo que el material es en esencia neutro. Sin embargo, cuando un semiconductor intrínseco es dopado, aunque siempre exista la presencia de ambos tipos de conducción, el tipo de impureza determinará la predominancia de una clase de conducción u otra. Si el material es dopado con la impureza donadora de electrones, la conducción será predominantemente electrónica (material tipo n), pero si el material ha sido dopado con una impureza aceptora de electrones, la conducción será predominantemente por huecos (material tipo p). Similarmente al caso de un metal, la aplicación de voltaje en un material tipo n, causará que un electrón débilmente ligado al átomo de impureza, se mueva hacia un punto de potencial positivo

―flujo de corriente electrónica (Fig. 10). Pero, en forma inversa a lo que sucede en el metal, un incremento en la temperatura permite que más electrones se encuentren disponibles para la conducción (disminución de la resistencia del material). En un material tipo p, por otro lado, la conducción se dapor transportadores de carga positiva (huecos), que se "mueven" hacia la terminal negativa del circuito (flujo de

corriente por huecos). En la terminal negativa los huecos que "llegan" son neutralizados por los electrones emitidos por la terminal, mientras que en la terminal positiva los electrones, provenientes de los enlaces covalentes debilitados, son removidos para dar lugar a la formación de nuevos huecos. Los nuevos huecos se "mueven" otra vez hacia la terminal negativa (mientras los electrones se dirigen hacia la terminal positiva), y son anulados por los electrones emitidos en esa terminal

Funciones       

Rectificar la corriente alterna: uniendo semiconductores de tipo n y p, el desequilibrio electrónico (entre electrones y huecos) crea un voltaje. Detectar señales de radio. Amplificar señales de corriente eléctrica. Transistores de unión bipolar: interruptores o amplificadores que funcionan en unidades de procesamiento central de computadoras. Transistores de efecto de campo: se utilizan para almacenar la información (son la memoria de las computadoras). Termistores: sensores de temperatura. Transductores de presión: la presión permite que aumente la conductividad.

Aplicaciones de los semiconductores A partir de la década de 1950, los dispositivos semiconductores -conocidos también como dispositivos de estado sólido- remplazaron los tubos electrónicos de la industria tradicional. Por la enorme reducción de tamaño, consumo de energía y costo, acompañada de una mucho mayor durabilidad y confiabilidad, los dispositivos semiconductores significaron un cambio revolucionario en las telecomunicaciones, la computación, el almacenamiento de información, etc. Desde el punto de vista de su forma de operación, el dispositivo semiconductor más simple y fundamental es el diodo; todos los demás dispositivos pueden entenderse en base a su funcionamiento.

BIBLIOGRAFÍA http://www4.ujaen.es/~egimenez/FUNDAMENTOSFISICOS/semiconductores.pdf http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina3.htm http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/SEMICONDUCTORES.htm https://es.wikipedia.org/wiki/Banda_prohibida