Teoria De Los Semiconductores C1

Física III: Teoría de los Semiconductores C1  2009    FISCA III: TEORÍA DE LOS SEMICONDUCTORES  Conductor, Semiconductor y Dieléctrico  Conductor  Eléctrico:  Se  llaman  conductores  eléctricos  a  los  materiales  que  puestos  en  contacto  con un cuerpo cargado de electricidad transmiten esta a todos los puntos de su superficie. 

  Figura 1: Conductor Eléctrico de Cobre  Los  mejores  conductores  eléctricos  son  los  metales  y  sus  aleaciones,  el  más  usado  es  el  cobre.  Alternativamente  se  emplea  el  aluminio,  metal  que  si  bien  tiene  una  conductividad  eléctrica  del  60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho más ligero, lo que favorece su empleo en  líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. Para aplicaciones especiales  se utiliza como conductor el oro, es el caso de algunos procesadores el Intel Pentium 4. 

  Figura 2: Aplicación del Conductor de Aluminio (izquierda) y del conductor de Oro (derecha)  Dieléctricos: Se denomina dieléctrico a los materiales que no conducen la electricidad, por lo que  pueden ser utilizados como aislantes eléctricos.  Prof. Jesús Barrueta   

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Física III: Teoría de los Semiconductores C1  2009    Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la mica, la cera, el  papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. 

  Figura 3: Aisladores de Porcelana y Vidrio para líneas de Alta Tensión  Los  dieléctricos  se  utilizan  como  aislantes,  para  proteger  los  equipos  y  a  los  usuarios  de  dicho  equipo. También se utilizan en la fabricación de condensadores. 

  Figura 4: Condensador con Dieléctrico entre sus placas  La introducción de un dieléctrico en un condensador tiene las siguientes consecuencias:  • • • •

Disminuye el Campo Eléctrico entre placas del condensador.  Disminuye la diferencia de potencial entre las placas del condensador.  Aumenta  la  diferencia  de  potencial  máxima  que  el  condensador  es  capaz  de  resistir  sin  que salte una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica).  Aumenta por tanto la capacidad eléctrica del condensador. 

Prof. Jesús Barrueta   

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Física III: Teoría de los Semiconductores C1  2009    Normalmente  un  dieléctrico  se  vuelve  conductor  cuando  se  sobrepasa  el  Campo  Eléctrico  de  ruptura  del  dieléctrico.  Es  decir,  si  aumentamos  mucho  el  Campo  Eléctrico  que  pasa  por  el  dieléctrico convertiremos dicho Material en conductor. 

  Figura 5: Ruptura dieléctrica en el aislante de Cerámica, ahora conduce una “gran corriente”  Los Dieléctricos más usados son el aire, el papel y la goma.  Semiconductor:  Es  un  material  cuya  conductividad  eléctrica  puede  considerarse  situada  entre  la  de un aislante y la de un conductor, considerados en orden creciente.  Los  semiconductores  más  conocidos  son  el  silicio  (Si)  y  el  germanio  (Ge).  Debido  a  que,  como  veremos más adelante, el comportamiento del silicio es más estable que el del germanio frente a  todas las perturbaciones exteriores que pueden variar su respuesta normal, será el primero (Si) el  elemento semiconductor más utilizado en la fabricación de componentes electrónicos de estado  sólido.  A  él  nos  referiremos  normalmente,  teniendo  en  cuenta  que  el  proceso  del  germanio  es  absolutamente similar. 

  Figura 6: Cristal de Silicio (izquierda) y de Germanio (derecha)  Prof. Jesús Barrueta   

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Física III: Teoría de los Semiconductores C1  2009    Como  todos  los  demás,  el  átomo  de  silicio  tiene  tantas  cargas  positivas  en  el  núcleo,  como  electrones en las orbitas que le rodean (en el caso del silicio este número es de 14). El interés en el  semiconductor se centra en su capacidad de dar lugar a la aparición de una corriente, es decir que  haya movimiento de electrones.  Como  todos  sabemos,  un  electrón  se  siente  más  ligado  el  núcleo  cuanto  mayor  sea  la  cercanía  entre ambos. Por tanto los electrones que tiene menor fuerza de atracción por parte del núcleo y  pueden ser liberados de la misma, son los electrones que se encuentran en las orbitas exteriores.  Estos electrones pueden, según lo dicho anteriormente, quedar libres al inyectarles una pequeña  energía. En estos recaerá nuestra atención y es así que en vez de utilizar el modelo completo del  átomo  de  silicio,  utilizaremos  la  representación  simplificada  donde  se  resalta  la  zona  de  nuestro  interés. 

  Figura 7: Átomo de Silicio y su modelo simplificado  Como  se  puede  apreciar  en  la  figura  7,  los  electrones  factibles  de  ser  liberados  de  la  fuerza  de  atracción del núcleo son cuatro.  Lo mismo sucede con el Germanio: 

  Figura 8: Átomo de Germanio y su modelo simplificado  Prof. Jesús Barrueta   

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