teoria de semiconductores

TEORÍA DE SEMICONDUCTORES UNASAM

1. INTRODUCCIÓN:

Dependiendo de la facilidad con que permiten el paso de una corriente, los materiales pueden clasificarse en aislantes, conductores, superconductores y semiconductores. Los aislantes o dieléctricos, hacen casi imposible el paso de una corriente eléctrica a través de ellos. Estos materiales son útiles siempre que queremos protegernos de la electricidad. Los conductores, materiales por los que se transporta con facilidad una corriente eléctrica, son útiles para crear líneas de transmisión de potencia. También, los elementos de los circuitos electrónicos están interconectados mediante alambres o pistas de materiales conductores. Los superconductores son conductores perfectos, es decir, ofrecen resistencia nula al paso de la corriente. El día en que los cables por medio de los cuales nos llega el suministro de energía a nuestras casas estén hechos de materiales superconductores, se pondrá fin a una gran fuente de desperdicio de recursos. Finalmente, tenemos los materiales semiconductores que no permiten el paso de una corriente eléctrica tan bien como los conductores, pero tampoco son capaces de dificultar su paso como lo hacen los aislantes. Ante esta descripción, surge una inquietud por saber que tienen estos materiales de interesantes.

Sin lugar a dudas, el estudio de las propiedades físicas de los materiales semiconductores y sus sorprendentes aplicaciones en el desarrollo técnico de dispositivos eléctricos, representan una de las revoluciones científico-tecnológicas de mayor impacto sobre nuestra sociedad. Para tener una idea de la real magnitud de esta revolución pensemos por un momento en los transistores, probablemente la aplicación tecnológica más importante de los semiconductores. Cualquier habitante del mundo moderno se encuentra rodeado cotidianamente por millones de transistores. Están en el televisor, en el equipo de música, en la máquina de lavar, en el reloj de pulsera, en el teléfono celular. De hecho, en el mundo existen muchos más transistores que personas.

La física estudia la naturaleza y busca descubrir las leyes que la rigen, si unimos un poco estas dos definiciones podríamos decir que lo que busca la física de semiconductores es explicar el comportamiento de los semiconductores, experimentando con ellos exponiéndolos a diversas temperaturas, en ambientes con diferentes características y así observar que cambios tienen estos al ser expuestos a diversas condiciones.

2. HISTORIA:

Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores diodos empleados a principios del siglo XX en los primitivos radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. Aunque con la galena era posible seleccionar y escuchar estaciones de radio con poca calidad

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auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas.Las sustancias o productos que pueden adoptar la forma de silicio o germanio y con la última toting del sistema de circuito electrónico, puede ser ampliamente utilizado en las comunicaciones, la detección de la tecnología y las computadoras. Introducción de dispositivos semiconductores tuvo lugar en 1833.

En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares.

Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.

El transistor de silicio fue inventado en el año 1954 por Michael Faraday. En esta introducción se sustituye los tubos de vacío de edad, previamente utilizado en las computadoras. Microprocesador es un tipo de semiconductor y es ampliamente utilizado para realizar varias funciones.Comúnmente disponibles semiconductores son el zinc, el germanio y silicio. Sin embargo, el silicio es hasta la fecha el semiconductor más ampliamente implementado debido a su fácil disponibilidad. El uso de silicio puede ser visto en computadoras, automóviles y redes.

El germanio es también un tipo de semiconductor, pero debido a la intensidad térmica de baja que ha resultado ser menos útil. También es utilizado en dispositivos que requieren de alta velocidad. Los dispositivos de germanio son mayormente producidos por IBM.

Los dispositivos semiconductores se pueden clasificar en dos terminales, la terminal tres, de cuatro terminales y terminales múltiples.Ejemplos de dos terminales se diodo Gunn, diodos láser, diodos emisores de luz, célula fotoeléctrica, célula solar y el diodo túnel.Ejemplos de los tres terminales son transistor bipolar, transistor de Darlington, el transistor de efecto de campo, y el transistor Thristor Uni-unión. Dispositivos multi-terminal se conocen comúnmente. Estos incluyen memoria RAM, ROM, el microprocesador y los circuitos integrados.

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El último es el dispositivo de semiconductores de potencia, que puede ser utilizado sobre todo para algunas aplicaciones de mayor velocidad y en donde los requisitos de voltaje serían muy altos.Pero no sólo el Silicio y el Germanio son Semi-Conductores, también lo son: Cadmio, Boro, Aluminio, Galio, Indio, Fósforo, Arsénico, Antimonio, Azufre, Selenio, Telurio.

La conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de los siguientes métodos: * Elevación de su temperatura * Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina * Incrementando la iluminación.

La conductividad eléctrica de los cuerpos materiales (σ) constituye la capacidad que tienen de conducir la corriente eléctrica. La fórmula matemática para hallar la conductividad es la siguiente:

Como se puede apreciar en esta fórmula, la conductividad (σ) se obtiene hallando primeramente el resultado de la recíproca de la resistencia (o sea, 1/R) multiplicándolo a continuación por el resultado que se obtiene de dividir la longitud del material (L) entre su área (A). En esa fórmula se puede observar también que la resistencia (R) es inversamente proporcional a (σ), por lo que, a menor resistencia en ohm de un cuerpo, la conductividad resultante será mayor.

3. DEFINICIÓN:

Es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Unos de los elementos más usados como semiconductores son el silicio, el germanio y selenio, además hay otros que no son elementos como los mencionados anteriormente si no que son compuestos como lo son el Arseniuro de Galio, el Telururo de Plomo y el Seleniuro de Zinc.

Un semiconductor es un componente que no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante. En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los semiconductores son aquellos elementos pertenecientes al grupo IV de la Tabla Periódica (Silicio, Germanio, etc. Generalmente a estos se le introducen átomos de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza

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introducida. Otra característica que los diferencia se refiere a su resistividad, estando ésta comprendida entre la de los metales y la de los aislantes.

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 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 los componentes electrónicos de estado sólido. A él nos referiremos normalmente, teniendo en cuenta que el proceso del germanio es absolutamente similar.Como todos los demás, el átomo de silicio tiene tantas cargas positivas en el núcleo, como electrones en las órbitas que le rodean. (En el caso del silicio este número es de 14). El interés del semiconductor se centra en su capacidad de dar lugar a la aparición de una corriente, es decir, que haya un movimiento de electrones. Como es de todo conocido, un electrón se siente más ligado al núcleo cuanto mayor sea su cercanía entre ambos. Por tanto los electrones que tienen menor fuerza de atracción por parte del núcleo y pueden ser liberados de la misma, son los electrones que se encuentran en las órbitas exteriores.

Estos electrones pueden 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.

Si los electrones del último nivel de energía de los átomos de un material se desprenden con facilidad se dice que el material es conductor, pero si los electrones no se desprenden fácilmente del último nivel de energía, se dice que el material es aislante. En los metales por ejemplo se forma un bloque muy compacto entre los núcleos de los átomos mientras que los electrones se forman alrededor de este núcleo en forma de nube, por tal razón se dice que son electrones libres porque no están ligados a sus átomos, y así pueden moverse libremente. La facilidad para moverse es la razón para que los metales sean buenos conductores de carga eléctrica, ya que los electrones pueden desplazarse fácilmente por medio de ellos. Por otra parte en los materiales aislantes los electrones están más ligados a sus átomos correspondientes porque quedan formando los enlaces atómicos y por eso los electrones no se pueden mover con lo cual se impide que pase flujo de carga. Cuando un material presenta las características intermedias entre conductor y aislante se conoce como semiconductor.

Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.

Elemento Grupos Electrones enla última capa

Cd 12 2 e-

Al, Ga, B, In

13 3 e-

Si, C, Ge 14 4 e-

P, As, Sb 15 5 e-

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Se, Te, (S) 16 6 e-

4. BANDAS DE ENERGÍA DE SEMICUNDUCTORES:

Los niveles de energía de los electrones en los átomos de un cristal no coinciden con los niveles de energía de los electrones para átomos aislados. En un gas, por ejemplo, se pueden despreciar las interacciones de unos átomos con otros y los niveles de energía no se ven modificados. Sin embargo, en un cristal el campo eléctrico producido por los electrones de los átomos vecinos modifica los niveles energéticos de los electrones de los átomos de sus alrededores.

De este modo el cristal se transforma en un sistema electrónico que obedece al principio de exclusión de Pauli, que imposibilita la existencia de dos electrones en el mismo estado, transformándose los niveles discretos de energía en bandas de energía donde la separación entre niveles energéticos se hace muy pequeña. La diferencia de energía máxima y mínima es variable dependiendo de la distancia entre átomos y de su configuración electrónica. Dependiendo de la distancia interatómica y del número de electrones de enlace entre otros factores, pueden formarse distintos conjuntos de bandas que pueden estar llenas, vacías o separaciones entre bandas por zonas prohibidas o bandas prohibidas, formándose así bandas de valencia, bandas de conducción y bandas prohibidas.Así en un aislante la separación entre la banda de valencia y la banda de conducción es muy grande (» 10 eV), y esto significa que un electrón en la banda de valencia necesita mucha energía para ser liberado y convertirse en un electrón libre necesario para la conducción. En un conductor las dos bandas están solapadas, no necesitándose ninguna energía para alcanzar la conducción. En un semiconductor la banda prohibida es muy estrecha, o lo que es lo mismo, es muy fácil que un electrón sea liberado y pueda contribuir a la conducción.

Esta teoría explica el comportamiento de los materiales al paso de la corriente desde una perspectiva más científica.

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Supongamos una red cristalina formada por átomos de silicio. Cuando los átomos están aislados, el orbital s (2 estados con dos electrones) y el orbital p (6 estados con 2 electrones y cuatro vacantes) tendrán una cierta energía Es y Ep respectivamente (punto A).A medida que disminuye la distancia interatómica comienza a observarse la interacción mutua entre los átomos, hasta que ambos orbitales llegan a formar, por la distorsión creada, un sistema electrónico único. En este momento tenemos 8 orbitales híbridos sp3 con cuatro electrones y cuatro vacantes (punto B).

Si se continúa disminuyendo la distancia interatómica hasta la configuración del cristal, comienzan a interferir los electrones de las capas internas de los átomos, formándose bandas de energía (punto C).

Las tres bandas de valores que se pueden distinguir son:

a) Banda de Valencia (BV). Es el conjunto de energía que poseen los electrones de valencia.

b) Banda Prohibida. No puede haber electrones con esos valores de energía en el cristal.

c) Banda de Conducción (BC). al conjunto de energía que poseen los electrones para desligarse de sus átomos. Los electrones que estén en esta banda pueden circular por el material si existe una tensión eléctrica que los empuje entre dos puntos (4 estados, sin electrones).

Conductividad eléctrica del cristal

Para que la conducción de la electricidad sea posible es necesario que haya electrones en la capa de conducción, así podemos considerar tres situaciones.

Los metales, en los que ambas bandas de energía se superponen, son conductores.

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http://enciclopedia.us.es/index.php/Archivo:Bandas_de_energ%C3%ADa_en_cristales.png


Los aislantes, en los que la diferencia existente entre las bandas de energía, del orden de 6 eV impide, en condiciones normales el salto de los electrones.

Los semiconductores, en los que el salto de energía es pequeño, del orden de 1 eV, por lo que suministrando energía pueden conducir la electricidad; pero además, su conductividad puede regularse, puesto que bastará disminuir la energía aportada para que sea menor el número de electrones que salte a la banda de conducción; cosa que no puede hacerse con los metales, cuya conductividad es constante, o más propiamente, poco variable con la temperatura.

5. TIPOS DE SEMICONDUCTORES:

5.1. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS:

Cuando se habla de semiconductores intrínsecos se hace referencia a que el elemento se comporta con las características propias con las que es encontrado en la naturaleza es decir se encuentra puro. Estos elementos tienen cuatro electrones de valencia por eso son llamados tetravalentes, y cuando forman enlaces covalentes con átomos vecinos, es decir que comparten sus electrones de valencia para formar octetos, los electrones se mantienen unidos y se impide su desplazamiento con lo que se reprime el paso de corriente eléctrica. Los enlaces covalentes entre estos elementos no son muy fuertes y se pueden abrir con fácilmente con la ayuda de una pequeña cantidad de energía que puede estar expresada en calor, luz o tensión, que hace que los electrones queden libres y así se pueda conducir carga eléctrica. La conductividad en los semiconductores intrínsecos, es decir la facilidad con la que los electrones pueden pasar por ellos, es muy baja, por eso se utilizan métodos que sirven para aumentar dicha conductividad, estos métodos son los que originan los semiconductores extrínsecos.

Un cristal de silicio 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, absorbiendo la energía necesaria, saltar a la banda de conducción, dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente son de 1,12 y 0,72 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

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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 invariable. Siendo n la concentración de electrones (cargas negativas) y p la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni = n = p siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura. Si se somete el cristal a una diferencia de tensión, 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 en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.

5.2. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS:

Cuando se habla de semiconductores extrínsecos se hace referencia a semiconductores intrínsecos que han sido modificados mediante un proceso llamado dopado, que consiste en introducirles o agregarles impurezas, es decir agregarle ciertas características de otros elementos, para que pueda haber conducción eléctrica.

5.2.1. SEMICONDUCTORES TIPO P:

Es el que se ha dopado con elementos pentavalentes (As, P o Sb).

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Al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará que al formarse la estructura cristalina el quinto electrón no estará ligado en ningún enlace covalente, encontrándose en un nivel energético superior a los cuatro restantes.

Si como antes, consideramos el efecto de la temperatura, observaremos que ahora, además de la formación de pares e-h, se liberarán también los electrones no enlazados, ya que la energía necesaria para liberar el electrón excedente es del orden de la centésima parte de la correspondiente a los electrones de los enlaces covalentes (en torno a 0,01 eV).

Así, en el semiconductor aparecerá una mayor cantidad de electrones que de huecos; por ello se dice que los electrones son los portadores mayoritarios de la energía eléctrica y puesto que este excedente de electrones procede de las impurezas pentavalentes, a éstas se las llama donadoras.

Aun siendo mayor n que p, la ley de masas se sigue cumpliendo, dado que aunque aparentemente sólo se aumente el número de electrones libres, al hacerlo, se incrementa la probabilidad de recombinación, lo que resulta en una disminución del número de huecos p, es decir:

n > ni = pi > p, tal que: n·p = ni2

Por lo que respecta a la conductividad del material, ésta aumenta enormemente, así, por ejemplo, introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

5.2.2. SEMICONDUCTORES TIPO N:

Es el que se ha dopado con elementos trivalentes (Al, B, Ga o In).

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http://enciclopedia.us.es/index.php/Archivo:Semiconductor_tipo_n.png


En este caso, las impurezas aportan una vacante, por lo que se las denomina aceptoras (de electrones, se entiende). Ahora bien, el espacio vacante no es un hueco como el formado antes con el salto de un electrón, si no que tiene un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia (del orden de 0,01 eV).

En este caso, los electrones saltarán a las vacantes con facilidad dejando huecos en la banda de valencia en mayor número que electrones en la banda de conducción, de modo que ahora son los huecos los portadores mayoritarios.

Al igual que en el caso anterior, el incremento del número de huecos se ve compensado en cierta medida por la mayor probabilidad de recombinación, de modo que la ley de masas también se cumple en este caso:

p > pi = ni > n, tal que: n·p = ni2

5.2.3. LA UNION PN(DIODO):

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.

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Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

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+ +

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++--

Zona de transiciónZona de transición

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Para comprender la conducción de corrientes en los semiconductores, debemos entender primero como funciona la unión P-N, es decir la unión de un semiconductor tipo P donde hay huecos libres y un semiconductor tipo N donde hay electrones libres.

La unión P-N polarizada en directa

Cuando aplicamos un potencial superior a la región P que a la región N la tensión externa se opondrá a la barrera de potencial interna debida a la unión. Superada una determinada diferencia de potencial externo, la barrera de potencial habrá desaparecido y los electrones de la zona N y los huecos de la zona P serán libres de desplazarse hacia las zonas opuestas, creando una corriente eléctrica neta. En otras palabras, en polarización directa el diodo es conductor.

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+ +-

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+P

++

La unión P-N polarizada inversamente

Si la tensión aplicada externamente al diodo es del mismo signo que la barrera de potencial interna se dice que el diodo está polarizado inversamente. El terminal positivo de la pila atrae a los electrones del material N apartándolos de la unión, mientras que el negativo a trae a las cargas positivas del material P, apartándolos también de la unión. Se “agrava”, por tanto, en la unión, la ausencia de carga “libre”. En estas condiciones, el material se comporta como un buenaislante. Sin embargo, se forma una “corriente inversa de saturación” o “corriente de fuga” (a través de las parejas electrón-hueco creadas por excitación térmica) pero que resulta de valor prácticamente despreciable (del orden de nA) y dependiente únicamente de la temperatura. En otras palabras, podemos considerar que el diodo es aislante cuando se polariza inversamente.

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+P N

DIODO: La unión P-N la conocemos en los diodos, cuando aplicamos un voltaje a la unión P-N los electrones y los huecos se mueven respectivamente hacia la unión de los dos materiales porque polaridades del mismo signo se repelen, el voltaje positivo que se aplica al material tipo P repele los huecos y estos cruzan la unión hacia el material tipo N, y así cada hueco encuentra un electrón y de esta forma las cargas se neutralizan, por otro lado los electrones cruzan la unión hacia el material tipo P y sucede lo mismo, los electrones y huecos que se neutralizan son remplazados por mas electrones y huecos que entran en la unión P-N. Entonces si se aplica el voltaje positivo al material tipo P y el voltaje negativo al tipo N la corriente fluye y es lo que nosotros llamamos polarización directa. Cuando invertimos este voltaje los huecos y electrones son atraídos a cada terminal y se alejan de la unión, lo que hace que las partículas cargadas no puedan pasar la unión y de esta forma el flujo de corriente se anula, esto es lo que conocemos como polarización inversa. Esta propiedad de dejar pasar o bloquear la corriente en un semiconductor de unión P-N no solo se usa en los diodos sino también en los transistores.

DIODO ZENER:

El diodo Zener es un tipo de diodo que funciona con polarización inversa, y cuando se polariza directamente se comporta similar a un diodo ordinario, trabajando como un rectificador común. Cuando trabaja en polarización inversa el diodo zener mantiene constante un voltaje entre sus terminales y por esto son utilizados como reguladores de tensión.

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DIODO TÚNEL:

El diodo túnel es otro tipo de diodo que trabaja con polarización directa aprovechando un efecto conocido como túnel. En el efecto túnel el comportamiento de la corriente que circula por el diodo esta en función de la tensión en sus terminales. Cuando se aplica un pequeño voltaje comienza a circular corriente en el diodo, si se sigue aumentando el voltaje la corriente sigue aumentando hasta cierto punto conocido como valle en el cual empieza a disminuir, cuando llega a un punto mínimo vuelve a incrementarse el paso de corriente en función del voltaje que se aplique al diodo.

DIODO EMISOR DE LUZ (LED)

El LED es un tipo de diodo que se comporta como un diodo común con la diferencia de que al ser atravesado por una corriente emite luz que varia de acuerdo a los elementos semiconductores utilizados en su fabricación. Cuando circula corriente por la unión PN que compone el diodo los electrones y huecos se recombinan generando radiaciones con diferentes longitudes de onda debido a los materiales con los que esta construido, y de acuerdo a la longitud de onda varían los colores de la luz emitida por el diodo.

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6. DENSIDAD DE PORTADORES EN UN SEMICONDUCTOR:

LEY DE ACCIÓN DE MASAS

En un semiconductor tanto intrínseco como extrínseco, se cumple:

n . p=n i2

n: número de e- /volumenp: número de h+ /volumenni: concentración intrínseca

A una Temperatura dada: el producto de las densidades de los dos tipos de portadores que mantiene constante.

En un semiconductor extrínseco, el incremento de un tipo de portador tiende a reducir el otro.

LEY DE CUASI-NEUTRALIDAD ELÉCTRICA (GENERAL)

Indica que las cargas positivas deben ser igual que las negativas

N A+n=N D+ p

NA: densidad de impurezas aceptadorasND: densidad de impurezas donadoras

LEYES DE ACCIÓN DE MASAS Y DE CUASI-NEUTRALIDAD ELÉCTRICA. CASOS PARTICULARES

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n . p=n i2 N A+n=N D+ p

7. TRANSPORTE DE PORTADORES EN UN SEMICUNDUCTOR:

El movimiento de electrones y huecos (partículas cargadas) da lugar a una corriente. Esta corriente es la manera de operar de los dispositivos electrónicos Que a su vez controlan la corriente en la malla en la que están situados.

CORRIENTES EN LOS SEMICONDUCTORES

Para hablar de la corriente en los semiconductores debemos tener varios conceptos claros y así entender mejor las cosas. Cuando hablamos de corriente eléctrica nos estamos refiriendo al flujo de carga eléctrica, es decir, los portadores de carga que se mueven libremente por un conductor producen una corriente y ese movimiento puede ser originado mediante una excitación por medio de energía. Los mecanismos o formas de excitación para producir el movimiento de estos portadores de carga se llaman fenómenos de transporte que pueden producir conducción por arrastre o por difusión.

La conducción por arrastre se presenta cuando a un material semiconductor se le aplica una diferencia de potencial es decir un voltaje, o se somete a un campo eléctrico. El campo eléctrico hace que los portadores de carga es decir electrones y huecos, tomen una dirección y una velocidad, y de esta forma se produce una corriente de arrastre. La cantidad de cargas de esta corriente que se mueven por el conductor en un determinado tiempo depende de la fuerza con que actúa el campo eléctrico.

Nota: Para entender esto de una manera sencilla ya sabemos por ejemplo que en un semiconductor los electrones se están moviendo continuamente y de forma aleatoria debido a la influencia de la energía térmica, pero cuando se le aplica la influencia de un campo eléctrico, cada electrón percibe una fuerza que hace que los electrones se

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muevan con sentido contrario al campo eléctrico y los huecos si se muevan en el mismo sentido de este. La fuerza que ejerce el campo eléctrico en los electrones y huecos hace que estos se muevan con una velocidad que se conoce como velocidad de arrastre.

DIFUSIÓN EN UNIÓN PN

Cuando no hay campos eléctricos aplicados los portadores de carga se mueven aleatoriamente y se dispersan generando un flujo de corriente, llamada corriente de difusión que se da porque hay una diferencia en la concentración de huecos y electrones originada en la unión P-N. Entonces de esta forma los huecos y los electrones se pasaran al otro material, es decir, los electrones del semiconductor tipo N al tipo P y los huecos del semiconductor tipo P al tipo N, con la intención de combinarse. De esta manera quedan iones en la parte más cercana a la unión de cada material quedando iones positivos en el material tipo N y iones negativos en el material tipo P. En la región que van formando estos iones cerca de la unión de los semiconductores tipo N y tipo P se va generando un campo eléctrico.

La corriente de arrastre es originada por el movimiento aleatorio de portadores de carga los cuales están influidos por un campo eléctrico, y la corriente de difusión es la concentración de portadores de carga en zonas menos concentradas, estas dependen del gradiente de concentración.

8. APLICACIONES EN DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS:

Se han desarrollado muchos dispositivos electrónicos utilizando las propiedades de transporte de los semiconductores; el uso de semiconductores en la industria electrónica ha aumentado de forma importante.

Así que veremos algunas de las más importantes:

Termistores:

Termistores NTC.- (Coeficiente de temperatura negativo) Son componentes en los cuales disminuye su resistencia al aumentar la temperatura. +TEMPERATURA » -RESISTENCIA - TEMPERATURA » + RESISTENCIA

Símbolo: Aspecto físico:

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Termistores PTC.- (Coeficiente de temperatura positivo) Son componentes en los cuales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura. +TEMPERATURA » +RESISTENCIA - TEMPERATURA » - RESISTENCIA

Símbolo: Aspecto físico:

Aplicaciones de los Termistores:Termostatos de estufas, aire acondicionado, etc.Detectores para alarmas contra incendios.Compensación del valor óhmico en circuitos al variar la temperatura

Foto resistores o LDR: Estos dispositivos electrónicos son capaces de variar su resistencia en función de la luz que incide sobre ellos. Están compuestos por Sulfuro de Cadmio, compuesto químico que posee la propiedad de aumentar la circulación de electrones a medida que aumenta la luz.

+ LUZ » -RESISTENCIA - LUZ » + RESISTENCIA

Aplicaciones de la LDR.-Como detector de presencia, cuando se interrumpe la luz que incide sobre el.Como interruptor crepuscular, encendiendo una lámpara cuando se hace de noche.

Varistores: Son componentes cuya resistencia aumenta cuando disminuye el voltaje aplicado en sus extremos. - VOLTAJE » + RESISTENCIA + VOLTAJE » - RESISTENCIASímbolo:

Aplicaciones de la VDR- Compensación del valor óhmico cuando varía la tensión en un circuito.- Estabilizadores de tensión.

Diodo Rectificador: Estos diodos tienen su principal aplicación en la conversión de corriente alterna AC, en corriente continua DC.

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Símbolo:

A significa Ánodo (+) y la K significa Cátodo (-). En la imagen de su aspecto físico observamos una franja blanca, esta representa al cátodo

Puente Rectificador: Los fabricantes han incluido dentro de una misma cápsula cuatro diodos rectificadores con montaje llamado "en puente".

Símbolo:

Aplicaciones:- Se utilizan en fuentes de alimentación conectados a la salida de un transformador para poder obtener en su salida, indicada por las patillas + y -, una corriente continua.

Diodo de Señal: Este tipo de diodo se utiliza para la detección de pequeñas señales, o señales débiles, por lo que trabaja con pequeñas corrientes. La tensión Umbral, o tensión a partir de la cual el diodo, polarizado directamente, comienza a conducir, suele ser inferior a la del diodo rectificador. O sea la V.Umbral es aproximadamente 0,3 voltios.

Símbolo:

Aplicaciones:Se emplean, sobre todo el la detección de señales de Radio Frecuencia (RF). Se utilizan en etapas moduladoras, demoduladoras, mezcla y limitación de señales.

Diodo PIN: Este diodo tiene aplicaciones en circuitos donde utilizan frecuencias muy altas como VHF, UHF y circuitos de microondas.Cuando se le aplica una polarización directa al diodo PIN, conduce corriente y se comporta como un interruptor cerrado. Si se le aplica una polarización inversa se comporta como un interruptor abierto, no dejando pasar la señal.

Símbolo:

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Diodo Zener: El diodo zener sirve para regular o estabilizar el voltaje en un circuito.Esto quiere decir que tiene la propiedad de mantener en sus extremos una tensión constante gracias a que aumenta la corriente que circula por el.

Símbolo:

Diodo Varactor: Este dispositivo se fabrica con la finalidad de obtener un condensador electrónico compuesto a base de semiconductores.

Símbolo:

Aplicaciones:La aplicación mas importante es en los sintonizadores de canales, utilizados tanto en videos, como en los televisores actuales.Las bandas que se pueden sintonizar son:- BANDA I o VL .- Canales bajos de VHF DE 47 A 68 MHZ- BANDA III o VHF .- Canales altos de VHF DE 174 A 230 MHZ- BANDA V o UHF .- Canales altos UHF DE 470 A 854 MHZ

Fotodiodo: Es un dispositivo que tiene la propiedad de que estando polarizado directamente, conduce cuando recibe luz.

Símbolo:

Aplicaciones:Se utiliza en televisores, videos, y equipos de música como sensor de los mandos a distancia que utilizan diodos emisores de rayos infrarrojos.

Diodo LED: Es un diodo que realiza la función contraria al fotodiodo. Cuando se le aplica tensión, polarizado directamente, emite luz. Se fabrica con un compuesto formado por Galio, Arsénico y Fósforo.

Símbolo:

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Aplicaciones:Se emplean, en aparatos electrónicos como indicadores luminosos, por ejemplo: televisores, videos, mandos, etc.

9. CONCLUSIONES:

Los Semiconductores poseen propiedades eléctricas y ópticas únicas que hacen de ellos componentes esenciales en dispositivos electrónicos y de comunicación.

Las corrientes en los semiconductores se generan por el movimiento de los portadores de carga, es decir de los de huecos (+) y los electrones (-).

En los diodos aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente.

En los diodos l aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de corriente eléctrica

10. BIBLIOGRAFIA:

http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_3.htm

http://www.uv.es/~candid/docencia/ed_tema-02.pdf

http://queaprendemoshoy.com/introduccion-a-las-uniones-pn-en-semiconductores/#.UBgLC2HE8Xg

http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/456727

http://colos.inf.um.es/carmfisica/FisicaCurricu/GO_AtomoSchrodinger.html

http://enciclopedia.us.es/index.php/Semiconductor

www.politecnicocartagena.com/img%20dto%20fisica/semiconductores.ppt

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teoria de semiconductores

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