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Tecnología Electrónica
Facultad de Ingeniería, Universidad de Deusto
Semiconductores
Tecnología Electrónica
Bibliografía
 Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,
McGraw-Hill.
 Capítulo 2: Semicondu...
Tecnología Electrónica
Conductores
 Los conductores, como el cobre (numero atómico 29), tienen
un único electrón en la úl...
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Conductores (continuación…)
 En un conductor, los electrones libres se mueven en
todas las direcci...
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Aislantes
 Los aislantes tienen completa la órbita de valencia,
de forma que están fuertemente atr...
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Semiconductores
 Un semiconductor es un elemento con propiedades
eléctricas entre las de un conduc...
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Semiconductores (continuación…)
 Al combinarse los átomos de silicio para formar un
sólido, lo hac...
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Semiconductores (continuación…)
 Si se somete a altas temperaturas, los átomos de un
cristal de si...
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Semiconductores (continuación…)
 La energía térmica crea el mismo número de
electrones y de huecos...
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Semiconductores (continuación…)
 ¿Qué pasa si se coloca un cristal de silicio entre dos
placas car...
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Dopaje de un Semiconductor
 Un cristal de silicio totalmente puro se denomina
semiconductor intrín...
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Semiconductor Tipo n
 Es un semiconductor extrínseco con impurezas
pentavalentes; es decir, con 5 ...
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Semiconductor Tipo p
 Es un semiconductor extrínseco con impurezas
trivalentes; es decir, con 3 el...
Tecnología Electrónica
El Diodo no Polarizado
 Un diodo es un semiconductor dopado de forma que
una mitad sea de tipo p y...
Tecnología Electrónica
El Diodo no Polarizado (continuación…)
 Debido a la repulsión mutua, los electrones libres del
lad...
Tecnología Electrónica
El Diodo no Polarizado (continuación…)
 Los dipolos se siguen creando en la zona de
deplexión hast...
Tecnología Electrónica
Polarización Directa
 Se produce cuando el terminal positivo de la fuente
de está conectado al mat...
Tecnología Electrónica
Polarización Inversa
 Se produce cuando el terminal positivo de la fuente
está conectado al materi...
Tecnología Electrónica
Disrupción o Ruptura
 Existe un límite para la tensión máxima en inversa
con la que se puede polar...
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Semiconductores

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Semiconductores

  1. 1. Tecnología Electrónica Facultad de Ingeniería, Universidad de Deusto Semiconductores
  2. 2. Tecnología Electrónica Bibliografía  Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino, McGraw-Hill.  Capítulo 2: Semiconductores
  3. 3. Tecnología Electrónica Conductores  Los conductores, como el cobre (numero atómico 29), tienen un único electrón en la última capa, la órbita de valencia.  La atracción del electrón libre con el núcleo es muy débil.  Una pequeña carga puede hacer que los electrones libres se muevan de un átomo al siguiente.  Los mejores conductores son la plata, el cobre y el oro. +29 -- - - -- - - - - - - - - -- -- - - - - - - -- - +1 -
  4. 4. Tecnología Electrónica Conductores (continuación…)  En un conductor, los electrones libres se mueven en todas las direcciones. Como el movimiento es al azar, tanto en velocidad como en dirección, se compensan y por tanto la corriente media es 0.  Si se aplica un campo eléctrico al metal, cambia la situación.  Los electrones se moverán en una sola dirección.
  5. 5. Tecnología Electrónica Aislantes  Los aislantes tienen completa la órbita de valencia, de forma que están fuertemente atraídos y es muy difícil liberarlos.  Los mejores aislantes tiene 8 electrones de valencia. +10 -- - - -- - - - -
  6. 6. Tecnología Electrónica Semiconductores  Un semiconductor es un elemento con propiedades eléctricas entre las de un conductor y un aislante.  Los mejores semiconductores tienen cuatro electrones de valencia, como el silicio (14) o el germanio (32). +14 -- - - -- - - - - - - - - +4 - - - - Inicialmente se usó el germanio; actualmente el silicio es la base de la electrónica moderna.
  7. 7. Tecnología Electrónica Semiconductores (continuación…)  Al combinarse los átomos de silicio para formar un sólido, lo hacen según un patrón ordenado denominado cristal.  Cada átomo vecino comparte uno de sus electrones con el átomo central; de esta forma, el átomo central tiene 8 electrones en su orbital de valencia.  Cada electrón compartido está atraído por dos núcleos, y crea un enlace denominado enlace covalente.  En forma de cristal, ¿el silicio es aislante o conductor?  ¿Es posible crear un cristal puro?
  8. 8. Tecnología Electrónica Semiconductores (continuación…)  Si se somete a altas temperaturas, los átomos de un cristal de silicio vibran y un electrón puede salir de la órbita de valencia;  Se convierte en un electrón libre.  El espacio que se queda en el orbital de valencia se denomina hueco.
  9. 9. Tecnología Electrónica Semiconductores (continuación…)  La energía térmica crea el mismo número de electrones y de huecos.  Los electrones libres se mueves aleatoriamente a través del cristal (1).  Un electrón que se aproxime a un hueco, será atraído por éste y caerá en él (2);  lo que se conoce como recombinación. (1) (2)
  10. 10. Tecnología Electrónica Semiconductores (continuación…)  ¿Qué pasa si se coloca un cristal de silicio entre dos placas cargadas eléctricamente? + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - -
  11. 11. Tecnología Electrónica Dopaje de un Semiconductor  Un cristal de silicio totalmente puro se denomina semiconductor intrínseco.  Por medio del dopaje (añadir impurezas al cristal) se incrementa la conductividad de un semiconductor;  lo que se denominará semiconductor extrínseco.
  12. 12. Tecnología Electrónica Semiconductor Tipo n  Es un semiconductor extrínseco con impurezas pentavalentes; es decir, con 5 electrones en su órbita de valencia.  A las impurezas se las llama donadoras.  Por ejemplo, el Arsenio o el Antimonio  La ‘n’ hace referencia a que tiene una carga negativa. + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - Dado que la cantidad de electrones libres supera al de huecos, los portadores mayoritarios serán los electrones libres y los portadores minoritarios los huecos.
  13. 13. Tecnología Electrónica Semiconductor Tipo p  Es un semiconductor extrínseco con impurezas trivalentes; es decir, con 3 electrones en su órbita de valencia.  A las impurezas se las denomina aceptoras.  Por ejemplo, el Aluminio.  La ‘p’ hace referencia a que tiene una carga positiva. - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + Dado que la cantidad de huecos supera al de electrones libres, los portadores mayoritarios serán los huecos y los portadores minoritarios los electrones libres.
  14. 14. Tecnología Electrónica El Diodo no Polarizado  Un diodo es un semiconductor dopado de forma que una mitad sea de tipo p y otra mitad sea de tipo n.  El borde entre la zona de tipo p y la zona de tipo n se denomina unión pn. + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + p n
  15. 15. Tecnología Electrónica El Diodo no Polarizado (continuación…)  Debido a la repulsión mutua, los electrones libres del lado n tienden a difundirse en todas las direcciones.  Algunos atraviesan la unión y entran en la zona p donde se recombinan para formar dipolos.  La zona intermedia, vacía de carga, se llama zona de deplexión. p n + + + + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - -
  16. 16. Tecnología Electrónica El Diodo no Polarizado (continuación…)  Los dipolos se siguen creando en la zona de deplexión hasta que se llega a una situación de equilibrio.  El campo eléctrico en la zona de deplexión equivale a una diferencia de potencial llamada barrera de potencial.  A 25ºC, la barrera de potencial es aproximadamente de 0,3V en los diodos de germanio y de 0,7V en los de silicio. p n + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - +
  17. 17. Tecnología Electrónica Polarización Directa  Se produce cuando el terminal positivo de la fuente de está conectado al material de tipo p y el terminal negativo a la zona de tipo n.  Para entender el funcionamiento, se estudia el recorrido realizado de los electrones. + p n + + + + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - -
  18. 18. Tecnología Electrónica Polarización Inversa  Se produce cuando el terminal positivo de la fuente está conectado al material de tipo n y el terminal negativo a la zona de tipo p.  Para entender el funcionamiento, se estudia el recorrido realizado de los electrones. + p n + + + + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - - Existirá una pequeña corriente inversa debido a la corriente de saturación y la corriente superficial de fugas
  19. 19. Tecnología Electrónica Disrupción o Ruptura  Existe un límite para la tensión máxima en inversa con la que se puede polarizar un diodo.  Una vez alcanzada, en la zona de deplexión aparecen de repente una gran cantidad de portadores minoritarios y el diodo conduce fuertemente.  Efecto de avalancha  Cuando la tensión inversa aumenta, los electrones libres se mueven más rápido y colisionan con otros electrones de valencia, que se liberan.  Un electrón libre genera dos electrones libres y así sucesivamente.
  20. 20. Esta presentación está sujeta a la licencia de Reconocimiento de Creative Commons mediante la cual se permite la copia, la distribución, la comunicación pública y la generación de obras derivadas sin ninguna limitación siempre que se cite al autor y se mantenga el aviso de la licencia. © 2014, Jonathan Ruiz de Garibay Algunos derechos reservados

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