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Semiconductores

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EStudiante: Hernan palomino tunqui
Ingenieria de Sistemas

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  • 1. Semiconductores TUTOR : Juan Mendoza Nolorbe ESTUDIANTE: : Hernán Palomino Tunqui ESPECIALIDAD : Ingeniería de Sistemas e Informática
  • 2. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS" DEFINICIO: Es un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,1 eV y 0,7 eV para el silicio y el germanio respectivamente. Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: n =n=p
  • 3. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS" siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento. Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27ºc): ni(Si) = 1.5 1010cm-3 ni(Ge) = 2.5 1013cm-3 Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos (2), originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.
  • 4. SEMICONDUCTORES "INTRÍNSECOS" Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conducción. Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente eléctrica.
  • 5. COMO SE PUEDE OBSERVAR EN LA ILUSTRACIÓN, EN EL CASO DE LOS SEMICONDUCTORES ELESPACIO CORRESPONDIENTE A LA BANDA PROHIBIDA ES MUCHO MÁS ESTRECHO ENCOMPARACIÓN CON LOS MATERIALES AISLANTES. LA ENERGÍA DE SALTO DE BANDA (EG)REQUERIDA POR LOS ELECTRONES PARA SALTAR DE LA BANDA DE VALENCIA A LA DECONDUCCIÓN ES DE 1 EV APROXIMADAMENTE. EN LOS SEMICONDUCTORES DE SILICIO (SI), LAENERGÍA DE SALTO DE BANDA REQUERIDA POR LOS ELECTRONES ES DE 1,21 EV, MIENTRAS QUEEN LOS DE GERMANIO (GE) ES DE 0,785 EV.
  • 6. ESTRUCTURA CRISTALINA DE UN SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO Estructura cristalina de un semiconductor intrínseco, compuesta solamente por átomos de silicio (Si) que forman una celosía. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear así un cuerpo sólido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportará igual que si fuera un cuerpo aislante.
  • 7. SEMICONDUCTORES "EXTRÍNSECOS" Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas". Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita [como el galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también en su última órbita [como el antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente eléctrica
  • 8. EN LA ACTUALIDAD Es el elemento más utilizado para fabricar semiconductores para el uso de la industria electrónica es el cristal de silicio (Si) por ser un componente relativamente barato de obtener. La materia prima empleada para fabricar cristales semiconductores de silicio es la arena, uno de los materiales más abundantes en la naturaleza. En su forma industrial primaria el cristal de silicio tiene la forma de una oblea de muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25 mm aproximadamente), pulida como un espejo.
  • 9. COMPARATIVAA la izquierda se muestra la ilustración de una oblea (wafer) o cristal semiconductor de.silicio pulida con brillo de espejo, destinada a la fabricación de transistores y circuitos.integrados. A la derecha aparece la cuarta parte de la oblea conteniendo cientos de.minúsculos dados o “chips”, que se pueden obtener de cada una. Esos chips son los. quedespués de pasar por un proceso tecnológico apropiado se convertirán en transistores ocircuitos integrados. Una vez que los chips se han convertido en. transistores o circuitosintegrados serán desprendidos de la oblea y colocados dentro.de una cápsula protectoracon sus correspondientes conectores externos.El segundo elemento también utilizado como semiconductor, pero en menor proporciónque el silicio, es el cristal de germanio (Ge).
  • 10. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO N:Son los que están dopados, con elementospentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Quesean elementos pentavalentes, quiere decir quetienen cinco electrones en la última capa, lo quehace que al formarse la estructura cristalina, unelectrón quede fuera de ningún enlace covalente,quedándose en un nivel superior al de los otroscuatro. Como consecuencia de la temperatura,además de la formación de los pares e-h, seliberan los electrones que no se han unido.Como ahora en el semiconductor existe un mayornúmero de electrones que de huecos, se dice quelos electrones son los portadores mayoritarios, y alas impurezas se las llama donadoras.En cuanto a la conductividad del material, estaaumenta de una forma muy elevada, por ejemplo;introduciendo sólo un átomo donador por cada1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100veces mayor que la del silicio puro.
  • 11. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS DE TIPO P: En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría. Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.
  • 12. FUENTES DE INFORMACIÓN- http://es.wikipedia.org/wiki/- http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor- http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semico nductor/ke_semiconductor_5.htm- http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor- http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813 .html

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