Documentación teórica de la asignatura Tecnología Electrónica perteneciente al Grado de Ingeniería en Electrónica Industrial y Automática

1. TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA 1
SEMICONDUCTORES
TEMA 1

2. 1. Introducción.
2. Materiales semiconductores
 Introducción
 Tipos de materiales semiconductores
 Flujo de electrones vs. flujo de huecos
3. Unión PN
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA 2
T1. SEMICONDUCTORES

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Tipos de materiales
Según la resistividad de los materiales:
 Aislantes o dieléctricos (mica, ρ=10+12 Ω/cm)
 Conductores (cobre, ρ=10-6 Ω/cm)
 Semiconductores (silicio, ρ=50∙10+3 Ω/cm, germanio, ρ=50 Ω/cm)
Material semiconductor
 Material que posee un nivel de conductividad entre un dieléctrico y un
conductor.
 Los más empleados en electrónica son el Germanio (Ge) y el Silicio (Si).
 Debidamente tratados han permitido el desarrollo de la electrónica hasta el
momento actual.
1. INTRODUCCIÓN
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2. MATERIALES SEMICONDUCTORES
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 El átomo de Ge tiene 32ẽ, el de Si 14ẽ.
 Cada átomo presenta 4 electrones en la capa
exterior (de valencia).
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Red cristalina
En un cristal puro de germanio o silicio, los 4 electrones de valencia se
encuentran unidos a 4 átomos adyacentes. Este enlace se le denomina enlace
covalente.
Se forma así, una red cristalina (todos los átomos ordenados y siguiendo un
patrón) denominada estructura de cristal único.
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2. MATERIALES SEMICONDUCTORES
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ẽ de valencia
(compartidos en
enlace covalente)

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 Bandas de energía
 Para saltar de una banda a otra más exterior debe
aportarse energía.
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Algunos ẽ situados en el nivel de
valencia pueden romper el enlace al
recibir energía y pasar a la banda de
conducción como electrones libres.

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 El movimiento de los ẽ libres es muy sensible a la
aplicación de campos eléctricos. Estos ẽ permiten la
circulación de corriente por el semiconductor.
 La diferencia entre materiales radica en la energía
necesaria para saltar de la banda de valencia a la
banda de conducción.
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 Conclusiones:
 La corriente en un semiconductor se debe al
movimiento de huecos y electrones.
 A mayor Temperatura mayor nº de ẽ libres, es decir,
menor resistencia.
 Tipos de Semiconductores
 Intrínsecos. Mismo número de ẽ y huecos.
 Extrínsecos. Dopados para alterar la estructura de bandas
y cambiar las propiedades eléctricas del material.
 Dopado: Consiste en agregar átomos de impurezas
al cristal, para aumentar el número de electrones
libres (tipo n) o de huecos (tipo p).
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 Tipos N
 Se crea al introducir elementos impuros que cuentan con
cinco electrones de valencia (Antimonio, Arsénico o
Fósforo)
 Permanecen los cuatro enlaces
covalentes y un electrón con enlace
débil con el átomo de impureza.
 Estas impurezas se denominan
átomos donadores.
 El material tipo n es
eléctricamente neutro,
aunque es necesaria muy
poca energía para ionizar los ẽ libres.
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 Tipos P
 Se crea al introducir elementos impuros que cuentan con
tres electrones de valencia (Boro, Galio, Indio)
 Existe un número insuficiente de
electrones para completar el
enlace covalente.
 Estas impurezas se denominan
átomos aceptadores.
 El material tipo p es
eléctricamente neutro y en
este caso los portadores
mayoritarios son los huecos.
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2. MATERIALES SEMICONDUCTORES
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 Flujo de electrones vs. flujo de huecos: Supongamos
que disponemos de un semiconductor con un cierto número de
electrones y de huecos, y que aplicamos en su interior un campo
eléctrico.
 Capa de conducción (Electrones libres en TIPO N): La fuerza
que el campo eléctrico ejerce sobre los electrones provocará el
movimiento de éstos, en sentido opuesto al del campo eléctrico.
De este modo se originará una corriente eléctrica.
 Capa de Valencia (Huecos en TIPO P): El campo eléctrico
aplicado ejerce también una fuerza sobre los electrones
asociados a los enlaces covalentes. Esa fuerza puede provocar
que un electrón perteneciente a un enlace cercano a la posición
del hueco salte a ese espacio. Así, el hueco se desplaza una
posición en el sentido del campo eléctrico. Si este fenómeno se
repite, el hueco continuará desplazándose.

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2. MATERIALES SEMICONDUCTORES
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 Flujo de electrones vs. flujo de huecos
 Flujo de huecos y electrones en material tipo p

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3. UNION PN
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 Portadores mayoritarios y minoritarios
El ión donor tiene un electrón de sobra que ha cedido un
electrón a la banda de conducción y se queda cargado
positivamente.
El ión aceptor tiene electrón menos y lo ha recibido de la
banda de conducción; se encuentra cargado negativamente.

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3. UNION PN
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 Se forma al unir un cristal tipo P con otro tipo N.
 Aparece una zona llamada zona de transición, de
carga espacial, de deplexión o de vaciado.

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3. UNION PN
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 Tan sólo se neutralizarán los iones cercanos a la
zona de la unión, ya que la barrera que se forma
impide la combinación del resto.
 Aparece una carga eléctrica entre los iones que no
pueden mezclarse de uno y otro lado. El valor de ese
potencial es de 0,26V en el caso del Germanio y de
0,69V para el Silicio.