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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES UNIDAD IlI

ACTIVIDAD: INVESTIGACION

CARRERA: T.S.U MECATRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN. NOMBRE DEL PROFESOR: MIGUEL ANGEL PERERA CORTEZ

NOMBRE DEL ALUMNO: ELVIN ABISAI MAAS MAAS GRADO: 4º GRUPO: “D”

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN INDICE 1. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES 1.1 Describir los tipos y características físicas y eléctricas de los materiales semiconductores. 1.2 Describir la estructura atómica de semiconductores elementales: Silicio y Germanio; y dopantes: Boro, Galio, Fósforo y Carbono. 1.3 Describir las características básicas de semiconductores intrínsecos. 1.4 Describir la relación entre estructura electrónica y conductividad eléctrica de semiconductores intrínsecos. 1.5 Describir las características básicas de semiconductores extrínsecos y el concepto de dopaje. 1.6 Describir la relación entre estructura electrónica y conductividad eléctrica de semiconductores extrínsecos. 1.7 Describir el comportamiento de los Semiconductores Tipo N y P. 1.8 Explicar el comportamiento de la unión semiconductora PN. 2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES 2.1 Describir las propiedades básicas de los semiconductores y sus uniones PN. 2.2 Describir las estructuras básicas de uniones PN a) unión NPN y PNP: transistor BJT b) Unión Al, SiO2, P: JFET, MOSFET c) Unión PNPN: Tiristores 3. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SUPERCONDUCTORES 3.1 Describir el concepto de superconductividad.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN 3.2 Describir los tipos y características físicas y eléctricas de los materiales superconductores. 3.3 Describir la estructura cristalina de los materiales superconductores.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN 1. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES 1.1 Describir los tipos y características físicas y eléctricas de los materiales semiconductores. La mayor parte de los dispositivos electrónicos modernos están fabricados a partir de semiconductores. Para comprender el funcionamiento de estos dispositivos cuando se insertan en un circuito eléctrico, es necesario conocer el comportamiento de los componentes desde un punto de vista físico. Los materiales semiconductores de uso común en la tecnología microelectrónica son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio. Se trata de elementos del grupo IV de la tabla periódica, o bien combinaciones de elementos de los grupos III y V. De todos ellos, el más empleado actualmente es el silicio, por lo que la discusión en este tema va a estar centrada en dicho elemento. No obstante la gran mayoría de lo aquí expuesto puede aplicarse a cualquier semiconductor. Una propiedad importante en los semiconductores es que posibilita el poder modificar su resistividad de manera controlada entre márgenes muy amplios. La razón primera de este comportamiento diferente reside en su estructura atómica, básicamente en la distancia interatómica de sus átomos en la red así como el tipo de enlace entre ellos. Así, el enlace atómico depende del número de electrones de valencia de los átomos formantes del enlace y de la electronegatividad de los mismos. Los electrones de la capa externa o electrones de valencia son los que determinan y forman los enlaces y los que en su momento pueden determinar el carácter conductivo o no de él. 1.2 Describir la estructura atómica de semiconductores elementales: Silicio y Germanio; y dopantes: Boro, Galio, Fósforo y Carbono. Un semiconductor es un material o compuesto que tiene propiedades aislantes o conductoras. 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

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN son compuestos como lo son el Arseniuro de Galio, el Telurio de Plomo y el Seleniuro de Zinc  Silicio El átomo de silicio presenta un enlace covalente, esto quiere decir que cada átomo está unido a otros cuatro átomos y compartiendo sus electrones de valencia. Es así, porque de otra manera el silicio no tendría equilibrio en la capa de valencia, necesita 8 electrones para su estabilidad. El enlace covalente lo forman todos los elementos del grupo IV de la tabla periódica, al cual pertenece el silicio.  Germanio Forma gran número de compuestos organometálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y foto detectores. A diferencia de la mayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad. 

Los semiconductores dopados: El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos de otros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas. Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o intrínseco aparecen dos clases de semiconductores. Para los semiconductores del Grupo IV como Silicio, Germanio y Carburo de silicio, los dopantes más comunes son elementos del Grupo

III

o

del

Grupo

V. Boro,

Arsénico,

Fósforo,

y

ocasionalmente Galio. 

Boro Debido a que es trivalente, comparte con el Carbono (tetravalente) la capacidad

de formar redes moleculares

mediante enlaces covalentes. No se encuentra libre en la naturaleza. En la naturaleza se encuentran dos isótopos de boro, 11B (80,1%) y 10B (19,9%).

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN 

Galio El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajas temperaturas que funde a temperaturas cercanas a la de la ambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando se lo agarra con la mano por su bajo punto de fusión (28,56 °C). El rango de temperatura en el que permanece líquido es uno de los más altos de los metales y la presión de vapor es baja incluso a altas temperaturas. El metal se expande un 3,1% al solidificar y flota en el líquido al igual que el hielo en el agua.



Carbono El comportamiento del carbono en millones de compuestos corresponde a cuatro electrones desapareados, sin que ninguno de ellos tenga preferencia o mayor capacidad de reacción que los otros tres.

1.3 Describir las características básicas de semiconductores intrínsecos. Los semiconductores intrínsecos: Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energía térmica. En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como huecos con lo que la corriente total es cero. Intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN 1.4 Describir la relación entre estructura electrónica y conductividad eléctrica de semiconductores intrínsecos. La conductividad eléctrica de los materiales semiconductores no es tal alta como la de los metales; sin embargo, tienen algunas características eléctricas únicas que los hacen especialmente útiles, las propiedades eléctricas de estos materiales son extremadamente sensibles a la presencia de incluso muy pequeñas concentraciones de impurezas. Los semiconductores intrinsenticos se basan en la estructura electrónica inherente al material puro. Puesto que un semiconductor intrínseco existen dos tipos de transportadores de carga (electrones libres y huecos), la expresión para la conductividad eléctrica debe ser modificada para incluir un término que tenga en cuenta la contribución de los huecos a la corriente. En los semiconductores intrínsecos cada electrón promovido a través del intervalo prohibido deja detrás un hueco en la banda de valencia. Las conductividades intrínsecas a temperatura ambiente y las movilidades de los electrones y los huecos para varios materiales semiconductores.

1.5 Describir las características básicas de semiconductores extrínsecos y el concepto de dopaje. Semiconductores extrínsecos: Son los semiconductores que están dopados, esto es que tienen impurezas. Hay 2 tipos dependiendo de qué tipo de impurezas tengan: Semiconductor tipo n: Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que son impurezas pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, reciben el

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN nombre de "portadores mayoritarios", mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios". Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro del semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito externo entra al semiconductor y se recombina con el hueco. Semiconductor tipo p: Es el que está impurificado con impurezas "Aceptores", que son impurezas trivalentes. Como el número de huecos supera el número de electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones libres son los minoritarios. Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo. 1.6 Describir la relación entre estructura electrónica y conductividad eléctrica de semiconductores extrínsecos. Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. La conducción eléctrica a través de un semiconductor es el resultado del movimiento de electrones (de carga negativa) y de los huecos (cargas positivas) en direcciones opuestas al conectarse a un generador. Para mejorar las propiedades de los semiconductores, se les somete a un proceso de impurificación (llamado dopaje), consistente en introducir átomos de otros elementos con el fin de aumentar su conductividad. El semiconductor obtenido se denominará semiconductor extrínseco. 1.7 Describir el comportamiento de los Semiconductores Tipo N y P. Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Las características de los materiales semiconductores pueden ser alternadas significativamente por la adición de ciertos átomos de impureza a un material semiconductor relativamente puro. Aunque solo haya sido añadido 1 parte en 10 millones pueden alternar de forma suficiente la estructura de la bomba. Existen dos materiales extrínsecos de gran importancia para la fabricación de dispositivos semiconductores el tipo N y el tipo P. 

Tipo N: Tanto el material tipo N como el tipo P se forma mediante

la

adición

mediante

un

numero

predeterminado de átomos e impurezas al germanio o al silicio. El tipo n se crea atravez de la introducción de elementos de impurezas que poseen cinco electrones de valencia (pentavalentes). A las impurezas difundidas con cinco electrones de valencias les llama átomos donadores. Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativas o electrones). Cuando el material dopante es añadido, éste aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante ya que da algunos de sus electrones. El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el material. Para ayudar a entender cómo se produce el dopaje tipo n considérese el caso del silicio (Si). Los átomos del silicio tienen una valencia atómica de cuatro, por lo que se forma un enlace covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes. Si un átomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo VA de la tabla

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN periódica (ej. fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá cuatro enlaces covalentes y un electrón no enlazado. Este electrón extra da como resultado la formación de "electrones libres", el número de electrones en el material supera ampliamente el número de huecos, en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios. A causa de que los átomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón extra que "dar", son llamados átomos donadores.



Tipo P: Un tipo

Semiconductor P

se

obtiene

llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos). Cuando el material dopante es añadido, éste libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos. El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un átomo tetravalente (típicamente del grupo IVA de la tabla periódica) de los átomos vecinos se le une completando así sus cuatro enlaces. Así los dopantes crean los "huecos". Cada hueco está asociado con un Ion cercano cargado negativamente, por lo que el semiconductor se mantiene eléctricamente neutro en general. No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red, un protón del átomo situado en la posición del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve equilibrado por un electrón. Por esta razón un hueco se comporta como

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN una cierta carga positiva. Cuando un número suficiente de aceptores son añadidos, los huecos superan ampliamente la excitación térmica de los electrones. Así, los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb), que contienen impurezas de boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera natural.

1.8 Explicar el comportamiento de la unión semiconductora PN. Llegados

a

este

cualquiera

con

un

punto, poco

de

curiosidad se habrá hecho la siguiente

pregunta:

¿Qué

ocurriría si se juntase un trozo de material tipo P con un trozo de material tipo N? Pues bien, esta pregunta ya se la hizo alguien hace unos cuantos años y dio origen a lo que hoy día se conoce como unión P-N. De nuevo, como electrónicos que somos, solamente nos interesa algo muy concreto de esta unión, lo cual no es otra cosa que su comportamiento de cara al paso de corriente eléctrica. Supongamos, primeramente, que hemos unido por las buenas un trozo de material tipo P con uno tipo N; ¿Qué ocurre?, pues que los electrones que le sobran al material tipo N se acomodan en los huecos que le sobran al material tipo P. Pero, ¡ojo!, no todos los de un bando se pasan al otro, solamente lo hacen los que están medianamente cerca de la frontera que los separa. A esto se le llama recombinación Y ¿Por qué solo unos pocos? Pues porque el hecho de que se vayan los electrones con los huecos es debido a la atracción mutua que existe entre ellos ya que poseen cargas opuestas; sin embargo, una vez que se han pasado cierta cantidad de electrones al otro bando comienza a haber una concentración de electrones mayor de lo normal, lo que provoca que estos empiecen a repelerse entre ellos. Por tanto, se llega a un equilibrio al

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN haberse ido los suficientes electrones para apaciguar la atracción huecoelectrón inicial pero no tantos como para llegar a repelerse entre ellos. Una vez alcanzado este equilibrio se dice que se ha creado una barrera de potencial. Una barrera de potencial es simplemente una oposición a que sigan pasando los electrones y huecos de un lado a otro. Esta situación permanecerá inalterable mientras no hagamos nada externo para modificarla, es decir, compensar el efecto de esa barrera de potencial con otro potencial aportado por nosotros, por ejemplo, conectándolo a una batería. 2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES 2.1 Describir las propiedades básicas de los semiconductores y sus uniones PN. La estructura cristalina de los semiconductores es en general compleja aunque puede visualizarse mediante superposición de estructuras más sencillas. La estructura más común es la del diamante, común a los semiconductores Si y Ge, y la del Zinc-Blenda que es la del Arseniuro de Galio. En estas redes cristalinas cada átomo se encuentra unido a otros cuatro mediante enlaces covalentes con simetría tetraédrica. Se requiere que posean unas estructuras cristalinas únicas, es decir, que sea monocristal. Dependiendo de cómo se obtengan éste puede presentarse en forma de monocristal, policristal y amorfo. El comportamiento eléctrico de los materiales semiconductores (resistividad y movilidad) así como su funcionamiento depende de la estructura cristalina del material de base, siendo imprescindible la forma monocristalina cuando se requiere la fabricación de circuitos integrados y dispositivos electroópticos (láser, led). En lo referente al transporte de carga en semiconductores el fenómeno de las colisiones de los portadores con otros portadores, núcleos, iones y vibraciones de la red, disminuye la movilidad. Ello guarda relación con el parámetro de la resistividad (o conductividad) definido como la facilidad para la conducción eléctrica, depende intrínsecamente del material en

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN cuestión y no de su geometría. Así pues en los fenómenos de transporte en semiconductores y a diferencia de los metales, la conducción se debe a dos tipos de portadores, huecos y electrones. 2.2 Describir las estructuras básicas de uniones PN: a) Unión NPN y PNP: transistor BJT: Supongamos una unión PN polarizada en inverso. Se puede considerar que es una fuente de corriente casi ideal porque la corriente que la atraviesa es independiente de la tensión entre sus

extremos,

sin

embargo,

presenta

un

inconveniente: la corriente es muy pequeña (IS) y está limitada por la generación térmica de minoritarios en las cercanías de la unión. Esta corriente

podría,

no

incrementarse

obstante, generando

minoritarios, por ejemplo, mediante luz, además, con la intensidad de la luz podemos controlar la intensidad de la fuente de corriente. Sería bueno poder hacer esto eléctricamente. Para ello, podríamos añadir una unión más al sistema, puesto que en una unión P+N se inyectan huecos desde la zona P+ en la zona N y el número de huecos inyectados depende de la tensión aplicada en esta unión. Por tanto, se tiene entonces una fuente de corriente controlada por tensión (que determina el número de huecos inyectados en el semiconductor N) b) Unión Al, SiO2, P: JFET, MOSFET A los transistores de efecto de campo se les conoce abreviadamente como FET (Field Effect Transistor) y entre ellos podemos distinguir dos grandes tipos: Transistor de Efecto de Campo de Unión: JFET (Junction Field Effect Transistor) Transistor de Efecto de Campo Metal - Óxido - Semiconductor: MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Los JFET los podemos clasificar en dos grandes grupos: JFET de canal n

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN JFET de canal p

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO METAL ÓXIDO SEMICONDUCTOR. (MOSFET) Visto el transistor JFET vamos ahora a ver el otro gran grupo de transistores de efecto de campo: Los transistores MOSFET. Vamos a ver que existen dos tipos de transistores MOSFET. - MOSFET de acumulación o de enriquecimiento

- MOSFET de deplexión o empobrecimiento

c) Unión PNPN: Tiristores El tiristor es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Constructivamente son dispositivos de 4 capas semiconductoras N-P-N-P y cuya principal diferencia con otros dispositivos de potencia es que presentan un comportamiento biestable. Formas de activar un tiristor

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Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el número de pares electrón-hueco



aumentará pudiéndose activar el tiristor. Corriente de Compuerta: Para un tiristor polarizado en directa, la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y cátodo lo activará. Si aumenta esta corriente de compuerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo,



revirtiendo en la activación del dispositivo. Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares electrón-hueco, por lo que aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo, y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una fuga térmica, normalmente cuando en un diseño se establece este método como método de activación, esta fuga tiende a



evitarse. Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hasta el punto de



destruirlo. Elevación del voltaje ánodo-cátodo: Si la velocidad en la elevación de este voltaje es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este método también puede dañar el dispositivo.

Principio de funcionamiento La estructura física base de los miembros de la familia de los tiristores está formada por cuatro capas de semiconductores P y N como se ilustra en la figura.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN 3.

ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SUPERCONDUCTORES Describir el concepto de superconductividad. La superconductividad

3.1 es

una

propiedad

de

algunos compuestos

que no oponen resistencia

alguna al paso de

corriente

electrones

ya

que

los

se

desplazan sin colisiones y

en zigzag a través de

los cristales del átomo, es

decir materiales con

resistencia nula con los cuales se puede ahorrar la energía que se disipa en forma de calor en los otros conductores, debido a la colisión de los electrones entre sí y con los átomos del material. Además de lo anterior tienen otra característica muy importante que consiste en que expulsan de su interior los campos magnéticos mientras estos no sobrepasen un valor límite. 3.2 Describir los tipos y características físicas y eléctricas de los materiales superconductores. Los superconductores ofrecen cuatro grandes ventajas sobre los conductores

normales

que

podrían

ser

explotadas

en

muchas

aplicaciones, ellas son: Conducen la electricidad sin pérdida de energía, y por tanto, podrían utilizarse en lugar de los conductores para ahorrar energía. No tienen resistencia, y por consiguiente no generan calor cuando se hace pasar corriente eléctrica por ellos. En un conductor ordinario, la pérdida de energía debida a su resistencia se disipa en forma de calor. Este calor impone un límite al número de componentes electrónicos que pueden ser empaquetados empaquetar

juntos.

Utilizando

herméticamente

un

superconductores gran

número

de

se

podrían

componentes

electrónicos, sin preocuparse por la disipación de calor. Tienen capacidad para crear campos magnéticos intensos. Estos campos pueden ser generados por imanes superconductores relativamente pequeños.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN Pueden utilizarse para formar uniones Josephson, que son conmutadores superconductores. Su funcionamiento es similar al de un transistor, pero la unión Josephson es capaz de conmutar a una velocidad 100 veces superior. Conectando dos uniones Josephson de una forma especial, pueden detectarse campos magnéticos extremadamente débiles. Estos detectores tan sensibles de campos magnéticos reciben el nombre de SQUID's (Super-conducting Quantum Interference Devices Dispositivos superconductores de interferencia cuántica) Las principales propiedades de los superconductores son las siguientes:  El efecto Meissner: Si un superconductor se refrigera por debajo de su temperatura crítica en el seno de un campo magnético, el campo rodea al superconductor, pero no penetra en él. Este fenómeno se conoce con el nombre de Efecto Meissner y fue descubierto en 1933. Sin embargo, si el campo magnético es demasiado intenso, el superconductor vuelve a su estado normal incluso estando a una temperatura inferior a su temperatura crítica.  La densidad de corriente Aplicar un campo magnético intenso no es la única manera de destruir la superconductividad, una vez que el material ha sido refrigerado por debajo de su temperatura crítica. El paso de una corriente intensa a través de un superconductor también puede hacer que éste pierda sus propiedades. La cantidad de corriente que un superconductor puede soportar manteniendo nula su resistencia se denomina densidad de corriente, la cual se mide en amperios por unidad de área. Un valor típico de la densidad de corriente en un hilo superconductor es de 100.000 amperios por centímetro cuadrado. Si pasara una corriente más densa por el hilo, éste ofrecería resistencia. 

El efecto Josephson

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN Otra propiedad interesante de los superconductores es el efecto Josephson, que está basado en otro fenómeno que recibe el nombre de efecto túnel. En una unión formada por una delgada barrera de óxido colocada entre dos superconductores, se puede producir efecto túnel. Las caras externas de los dos superconductores se unen entre sí y se mide la corriente que pasa a través de la unión. Cuando la unión se expone a campos magnéticos o radiación, el flujo de corriente debido a que algunos electrones atraviesan la barrera de óxido (efecto túnel). Este efecto puede emplearse en circuitos de computadores, y para detectar campos magnéticos muy débiles. Estudios muy recientes han demostrado que el efecto Josephson puede producirse a temperaturas muy superiores a las temperaturas críticas del material superconductor. 3.3 Describir la estructura cristalina de los materiales superconductores. Muchos

sólidos

tienen

una

estructura cristalina, es decir, una estructura ordenada y periódica. Esta propiedad facilita mucho el cálculo de la ecuación de Schrödinger del sólido. En superconductividad es importante relajar

la

hipótesis

de

la

aproximación estática porque la interacción de los electrones con las vibraciones cuantizadas de los iones (fonones) es precisamente el pegamento

de

los

pares

de

Cooper

en

los

superconductores

convencionales. Por otro lado gran parte de la comunidad científica cree que la clave para el posible pegamento de los pares de Cooper en los superconductores no convencionales viene de la interacción entre los electrones. El problema se torna entonces muy complicado y es necesario hacer aproximaciones analíticas y numéricas. Este problema se sitúa en el marco de un problema más general que son los sistemas de electrones fuertemente correlacionados. Otra parte de la comunidad científica cree que la clave para el pegamento de los pares de Cooper de los

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN superconductores no convencionales está en ambas, en la interacción electrón-electrón junto con la interacción electrón-fonón.

BIBLIOGRAFIA: 

        

https://ticircuitosanlogicos.wordpress.com/fundamentos-deelectricidad-y-magnetismo/estructura-atomica-de-elementossemiconductores/ http://todoesquimica.blogia.com/2012/030504semiconductores.php http://es.slideshare.net/victoreus/los-semiconductores-intrnsecosy-los-semiconductores-dopados-13926892 http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Pagin as/Pagina6.htm http://materialesextricitostiponyp.blogspot.mx/ http://www.geocities.ws/pnavar2/semicon/tipos.html http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/pnjun.html http://www.areatecnologia.com/electronica/union-pn.html http://electronica.ugr.es/~amroldan/deyte/cap03.htm https://ocw.ehu.eus/pluginfile.php/2728/mod_resource/content/1/ electro_gen/teoria/tema-7-teoria.pdf

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE DIRECCIÓN DE MECATRÓNICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN   

http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php? it=5570 http://coitt.es/res/revistas/04c%20Superconductores.pdf http://www3.icmm.csic.es/superconductividad/fisica-cuantica-ytransiciones/fisica-cuantica/solidos-cristalinos/