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Juan Luis Gonzáles Pérez A01206765 IMT Marco A. García Morales A01207171 ISD

Electrónica

CUESTIONARIO “Materiales Semiconductores”

1. Defina con sus propias palabras a los materiales Conductores, Aislantes y Semiconductores, en función del flujo de corriente eléctrica que permiten. 

Conductores: Materiales cuyas características eléctricas permiten, con baja resistencia, el paso de la corriente eléctrica a través de sus terminales.



Aislantes: Materiales cuyas características eléctricas no permiten el paso de la corriente eléctrica a través de sus terminales.



Semiconductores: Materiales cuyas características eléctricas no permiten fácilmente el paso de la corriente eléctrica a través de sus terminales.

2. Defina la resistividad y la ecuación matemática que permite determinarla. Proporcione valores de resistividad de Conductores, Aislantes y Semiconductores típicos. Resistividad: Propiedad física de los dispositivos electrónicos para comparar sus niveles de resistencia al flujo eléctrico.

Conductor : ρ=10−6 Ω−cm(cobre) ❑

Semiconductor : ρ=50 Ω−cm ( germanio )

ρ=50 3 Ω−cm(silicio) 12 Aislante : ρ=10 Ω−cm(mica)

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3. De acuerdo al Modelo de Bohr del Silicio y del Germanio, ¿qué tienen en común ambos elementos? Ambos tienen en su última orbita cuatro electrones, conocidos como electrones de valencia. 4. ¿A qué se debe que el Germanio tenga una resistividad menor que el Silicio? El germanio tiene más niveles de energía y como se puede observar en el modelo atómico de Bohr, los electrones de valencia están más alejados del núcleo por lo cual se requiere menos energía para hacer que dichos electrones pasen de la banda de valencia a la banda de conducción. 5. ¿Qué es un material semiconductor intrínseco? Son semiconductores que han sido refinados hasta lograr reducir las impurezas a un nivel muy bajo. 6. Cuales son las razones por las que se usa el Silicio y el Germanio en la fabricación de dispositivos semiconductores. 

Pueden ser fabricados con un alto nivel de pureza



Sus características eléctricas pueden cambiar significativamente sometiéndolos al proceso de dopado y a través de la aplicación de calor o luz.

7. Explique con sus propias palabras a qué se debe que el Silicio y el Germanio tengan un “Coeficiente de Temperatura Negativo”. Coeficiente de Temperatura Negativo: Al someter los semiconductores a un aumento de la temperatura, aumenta el número de electrones libres. Por lo tanto al contar un número mayor de electrones en movimiento, es posible que presenten una resistividad menor al flujo de la corriente eléctrica conforme aumenta la temperatura. 8. Cómo interpreta el dato de energía en eV (electrón-volt) proporcionado en el apunte para Aislante, Semiconductores y Conductores. Por qué esta energía es menor en semiconductores que en aislantes. La energía necesaria para que al aplicar voltaje a un material, sus electrones de valencia pasen a la banda de conducción. Y debido a que un

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semiconductor opone menor resistencia al flujo de corriente es lógico que sea necesaria una cantidad de energía menor para que sus electrones de valencia pasen a la banda de conducción que la necesaria en un material aislante. 9. Defina material extrínseco. Qué tipos de materiales extrínsecos hay. Es aquel material semiconductor que es sometido a dopaje, es decir, introducir impurezas al material. Existen dos tipos: Tipo N Tipo P 10. Explique como se crea un material tipo N. Cuales son los portadores mayoritarios en este tipo de material. A que se debe que también se tengan portadores minoritarios. El material tipo N se crea al introducir átomos impuros que poseen 5 electores de valencia (átomos donadores) como el antimonio, arsénico y fosforo. Los portadores mayoritarios son electrones y también cuentan con portadores minoritarios debido a que el proceso de dopado agrega impurezas las cuales aportan en menor cantidad “huecos”. 11. Explique como se crea un material tipo P. Cuales son los portadores mayoritarios en este tipo de material. Se crea introduciendo átomos impuros trivalentes como el boro o galio. Los portadores mayoritarios son los “huecos”. 12. Defina con sus propias palabras la “Corriente de Arrastre”. ¿El sentido convencional de corriente en un semiconductor corresponde al movimiento de huecos o de electrones? Es la corriente que se obtiene en el semiconductor al aplicar un campo eléctrico, debido al cual los electrones libres y los huecos se mueven en sentidos opuestos, dando como resultado una corriente, donde el sentido convencional de corriente en un semiconductor corresponde al movimiento de huecos. 13. Identifique cada una de las variables que aparecen en la ecuación de Densidad de Corriente de Arrastre Total.

J drifttotal  q (n n  p p ) E

J drifttotal

=Densidad de corriente de arrastre total

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q = Carga del electrón (1.6x10^-19 Coulombs) n = Densidad de electrones  n = Constante de movilidad del electrón

p = Constante de movilidad del hueco p = Densidad de huecos

E = Campo eléctrico aplicado 14. Defina con sus propias palabras la “Corriente de Difusión”. El efecto de difusión se produce cuando la concentración de portadores no es uniforme a lo largo del semiconductor. Debido a este fenómeno se provoca un movimiento de carga a través de la superficie y por lo tanto una corriente de difusión. 15. Identifique cada una de las variables que aparecen en la ecuación de Densidad de Corriente de Difusión Total. Jdiff-total = Densidad de corriente de difusión total q = Carga del electrón (1.6x10^-9 Coulombs) Dn = Constante de difusión de huecos Dp = Constante de difusión de electrones 16. Identifique cada una de las variables que definen la Relación de Einsten. D n D p kT = = =V T μn μp q  k = constante de Boltzman = 1.38x10-23 joules/°K  T = temperatura absoluta en °K = 273+°C  VT = voltaje térmico = 25 mV a 20°C D n = difusión de movilidad material tipo n  μn = movilidad material tipo n  D p = difusión de movilidad material tipo n  μ p = movilidad material tipo n   q=carga del electrón(1.6 x 10−19 Coulombs) 17. Para qué condiciones de operación el Voltaje Térmico VT = 25 mV Cuando la temperatura de operación es de 20° Celsius.