Semiconductores
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I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor Material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislante. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas (dopado) o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Los principales semiconductores utilizados en electrónica son el silicio, el germanio y arseniuro de galio.
I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Silicio : Si Descubridor : Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) (Sueco) Año : 1823 Etimología : del latín silex •
En estado puro tiene propiedades físicas y químicas parecidas a las del diamante.
•
El dióxido de silicio (sílice) [SiO2] se encuentra en la naturaleza en gran variedad de formas: cuarzo, ágata, jaspe, ónice, esqueletos de animales marinos.
•
Su estructura cristalina le confiere propiedades semiconductoras. En estado muy puro y con pequeñas trazas de elementos como el boro, fósforo y arsénico constituye el material básico en la construcción de los chips de los ordenadores.
I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor
I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Silicio: Átomo, Modelo de enlace y estructura crsitalina
Semiconductor: representación bidimensional de la estructura cristalina I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor sería aislante porque todos los e- están formando enlaces. Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar libre un e- para moverse en la estructura cristalina. El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia positiva) en la estructura cristalina. De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-), pero también hay un segundo tipo de portador: el hueco (h+)
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Semiconductor: Acción de un campo eléctrico.
Semiconductor intrínseco: acción de un campo eléctrico
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+ Si
-
+
Si
Si
+
+ Si
+
Si
Si
-
+
-
+
Si
Si
Si
-
+
La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos de portadores de carga: HUECOS y ELECTRONES La temperatura afecta fuertemente a las propiedades eléctricas de los semiconductores: mayor temperatura más portadores de carga menor resistencia
I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
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).
I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductor Intrínseco– Extrínseco. Semiconductor extrínseco: TIPO N Sb +
Si
Si
Si
Si
Sb Si
Si +
Si
Si
Sb: antimonio
Sb +
Impurezas del grupo V de la tabla periódica Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Sb
Si
+
Si
Si
Al Si
Si
Si
-
Sb +
Sb +
Sb +
Sb +
300ºK
Sb +
Sb +
Sb +
Impurezas grupo V
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son Electrones libres
Al -
Al: aluminio
Si
Sb +
Electrones libres
Semiconductor extrínseco: TIPO P Si
Sb +
Sb +
Sb +
Sb +
Sb +
Sb +
Al -
Impurezas del grupo III de la tabla periódica
Si
Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Al Huecos
Si
A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas se encuentran ionizados
Al -
libres
Al -
Al Al -
Al Al -
Al -
Al -
Al -
Al -
Al Al -
Al -
Al -
300ºK
Átomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo P son Huecos. Actúan como portadores de carga positiva.
I.E.S.MIGUEL HERNÁNDEZ – DEPARTAMENTO FAMILIA PROFESIONAL DE ELECTRICIDAD
Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
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+
+
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-
+
+
+
+ +
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Semiconductor tipo P
+
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N Zona de transición -
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-
Semiconductor tipo P
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
-
+
+
+ +
-
+
+
+
+
+
Semiconductor tipo N
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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Semiconductores. La unión PN: el DIODO. La unión P-N polarizada inversamente
P
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+
+
+
-
+ +
+
+
La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no hay circulación de corriente.
+
+ +
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
La unión P-N polarizada en directa La zona de transición se hace más pequeña. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensión directa.
P
N
DIODO SEMICONDUCTOR
P
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+
+ +
+ +
-
I
+
+
+
+
N
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
Conclusiones: Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente. Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de corriente eléctrica