semiconductores ut01300240
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Elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de las condiciones en las que se encuentre.
El numero de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes factores: Calor, luz, campos eléctricos y magneticos.
https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:fETr8RK0P0kJ:www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdf+semiconductores+intrinsecos&hl=es&gl=pa&pid=bl&srcid=ADGEESjhmyE4jefWQku0PWY3XRjoxu6lv1Gi2aF3xlOIzM7X0jX65z9osOE40KqvjA6d8c-C1UbAZYRPU08oM_QsokLk3jMWKzUMi1K4b17Kx_OdUPZe81LSueafc3v_0JQWAbYJEMUs&sig=AHIEtbTevTuF6FzP0UrVINaoLKXu-r8v7w
Elemento Grupo Electrones en
la última capa
Cd II A 2 e-
Al, Ga, B, In III A 3 e-
Si, Ge IV A 4 e-
P, As, Sb V A 5 e-
Se, Te, (S) VI A 6 e-
Los semiconductores son elementos quew tienen en su ultimo orbital entre 2 y 6 electrones de valencia.
Los semiconductores están formados por arreglos ordenados cristalinos de átomos en los cuales los vecinos mas cercanos estan unidos por enlaces covalentes
Son los niveles de un átomo los cuales pueden estar influenciados por energía externa o energía interna, en el átomo con estructura cristalina ordenada están: la banda de conducción, la banda de valencia
Banda de conducción
Banda de valencia
Banda de energía inferior
SOLIDO CRISTALINO
METAL CONDUCTOR
SEMICONDUCTOR
A simple vista seria imposible que un semiconductor permitiera el movimiento de electrones a través de sus bandas de energía.
Sin embargo esta situación solo se presentaría cerca de los 0ºk (cero absoluto)
A temperaturas mas altas algunos de los electrones de la banda de valencia rompen sus enlaces y saltan espontánea mente hacia la banda de conducción
Electrones exitados térmicamente
Huecos formados por los electrones
INTRINSECO: Se da cuando la cantidad de huecos que quedan en la banda de valencia es la misma cantidad de electrones que están en la banda de conducción.
EXTRINSECOS: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, le añadimos un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina de silicio.
Extrínsecos tipo n: Es el que se ha dopado con elementos pentavalentes (As, P o Sb).
Al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará que al formarse, como antes, la estructura cristalina, el quinto electrón no estará ligado en ningún enlace covalente, encontrándose, aún sin estar libre, en un nivel energético superior a los cuatro restantes.
Existen impurezas como el boro y el galio, estas tienen un electrón menos que los semiconductores llamadas aceptoresaceptores.
Al haber excitación térmica, los electrones de la banda de valencia saltan y quedan atrapados.
Se forman huecos en la banda de valencia sin haber electrones en la banda de conducción.
Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro que contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas.
Semiconductor extrínseco, se le han añadido cantidades controladas de átomos impuros (Dopado) para favorecer la aparición de electrones (tipo n –átomosde valencia 5: As, P o Sb ) o de huecos (tipo p - átomos de valencia 3: Al, B, Ga o In).
Si
Si
Si
Si
Si
SiSi
SiSi
SiSi
SiSi
Si
Si Si
SiSiSi
SiSi SiSi
SiSi
Sb+
Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor extrínseco: TIPO N
Semiconductor extrínseco: TIPO P
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son Electrones libres
Sb: antimonio
Impurezas del grupo V de la tabla periódica
Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Sb
Si
SiSi
SiSi
SiSi
Si
Si
Si Si
SiSiSi
SiSi SiSi
SiSi
Al-+
Al: aluminio
Impurezas del grupo III de la tabla periódica
Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Al
A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas se encuentran ionizados
Al
Al
AlAl
Al
Al
AlAl
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
AlAl
Al
AlAl
Al
Al
AlAl
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
Al
300ºK
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Huecos libresHuecos libres Átomos de impurezas ionizadosÁtomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo P son Huecos. Actúan como portadores de carga positiva.
Sb
Sb
SbSb
Sb
Sb
SbSb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
SbSb
Sb
SbSb
Sb
Sb
SbSb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Sb
Impurezas grupo VImpurezas grupo V
300ºK
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++
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Electrones libresElectrones libres Átomos de impurezas ionizadosÁtomos de impurezas ionizados
Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
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Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
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+
Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
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- +
+
+ +
+
++--
Zona de transiciónZona de transición
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada ‘zona de transición’, que actúa como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
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+
+
++
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+ +
++
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+
+
+
+
+P N
La unión P-N polarizada inversamente
La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no hay circulación de corriente.
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+
+
++
+
+
+
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- +
+
+ +-
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+
+
+
+
+P
++
La unión P-N polarizada en directaNLa zona de transición se
hace más pequeña. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensión directa. IP NP NP N
DIODO SEMICONDUCTOR
Conclusiones: Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente. Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de
corriente eléctrica
Es un circuito electrónico o dispositivo que aloja e interconecta circuitos o subsistemas completos, está formado por Condensadores, resistencias, transistores, diodos, etc, que realizan funciones complejas y variadas, está hecho sobre un único Chip (Placa pequeña -1 cm2- ) de Silicio.
Los CI son actualmente los componentes más importantes de la electrónica
moderna
El primero que tuvo la idea de fabricar circuitos integrados fue JACK KILBY cuando trabajaba para la Texas Instruments en 1958.
En julio de 1958, escribió en su libro de notas: "La miniaturización extrema de varios circuitos electrónicos puede realizarse fabricando resistencias, condensadores, transistores y diodos sobre una misma oblea de silicio".
La finalidad de cualquier circuito es controlar y manipular corrientes de electrones de una manera preestablecida
Los CI reciben, procesan y entregan SEÑALES (Voltajes o corrientes)
Los CI pueden ser de diversos tipos según la función para la cual han sido diseñados.
REGION ACTIVA: Se realizan los procesos de las señales.
CAPA DE PASIVACION: Protege las regiones activas contra los iones exteriores
REGIONES METALIZADAS: Elementos de comunicación eléctrica entre regiones activas.
HILOS DE CONEXIÓN: Elementos de comunicación eléctrica con el circuito exterior.
ENCAPSULADO: protege todos los elementos del exterior
Según: Función específica Grado de complejidad o numero de
componentes realizadas por el chip Tipo de señales que manejan Tecnología de fabricación
NOMBRE NOMBRE CODCOD COMPONENTESCOMPONENTES
POR CHIPPOR CHIPEJEMPLOEJEMPLO
PEQUEÑA PEQUEÑA ESCALAESCALA
SSISSI MENOS DE 100MENOS DE 100 Reguladores, Reguladores, amplificadores, amplificadores,
compuertas, compuertas, flipflops (entrada-flipflops (entrada-
salida), salida), contadores, etc. contadores, etc.
MEDIANA MEDIANA ESCALAESCALA
MSIMSI 100 – 1000100 – 1000
ALTA ALTA ESCALAESCALA
LSILSI 1000 – 1000001000 – 100000 Se diseñan para Se diseñan para realizar tareas realizar tareas
muy especificas muy especificas y especializadas. y especializadas.
P,ej. P,ej. Microcomputador, Microcomputador, microcontrolador microcontrolador
MUY ALTA MUY ALTA ESCALAESCALA
VLSIVLSI MAS DE 100000MAS DE 100000
De acuerdo al tipo de señales que manejan los CI pueden ser:
Análogos: Pueden adoptar un número infinito de valores entre un mínimo y un máximo (Reguladores de voltaje, amplificadores, filtros)
Digitales: Trabajan con señales binarias, es decir solo adoptan uno de dos valores posibles.
Algunos son Análogos/Digitales (A/D)
Los CI, se encierran en una cápsula plástica o cerámica que contiene los pines de acceso a través de los cuales el chip se comunica con el mundo exterior.
Las cápsula plásticas son más livianas pero las cápsulas cerámicas son más resistentes y pueden trabajar a más altas temperaturas.
Pequeños Compactos Livianos Económicos Fácil uso Permite realizar sistemas modulares Simplifican la tarea de diseño y
construcción de proyectos electrónicos
Limitación de niveles de potencia y voltaje
No es posible integrar Bobinas ni transformadores
Como aun esta en desarrollo se necesitan circuitos especiales auxiliares.
Disipación térmica