SEMICONDUCTORES

FÍSICA ELECTRÓNICA

INGENIERIA DE SISTEMAS E

INFORMATICA

ALBERTO S. ORIHUELA SANABRIA

PRESENTADO POR:

TEORÍA DEL SEMICONDUCTOR

• Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica esta situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en orden creciente

• Los semiconductores más conocidos son el silicio (Si) y el germanio (Ge).

• El comportamiento del silicio es más estable que el germanio.

• El primero (Si) el elemento semiconductor más utilizado en la fabricación de los componentes electrónicos de estado solido.

• El proceso del germanio es absolutamente similar.

INTRODUCCIÓN

EN LA FIGURA, LOS ELECTRONES FACTIBLES QUE PUEDEN SER LIBERADOS DE LA FUERZA DE

ATRACCIÓN DEL NÚCLEO SON CUATRO

• Como la misma palabra indica, no son buenos conductores, pero tampoco son aislantes. Podemos definir los semiconductores como aquellos materiales que se comportan como conductores, solo en determinadas condiciones. Por eso se dice que están en un punto intermedio entre los conductores y los aislantes.

LOS SEMICONDUCTORES

¿QUÉ ES UN SEMICONDUCTOR?

Un semiconductor, es un material que tiene las propiedades eléctricas de un conductor y de un aislante, como por ejemplo el Germanio y el Silicio

(metaloides), este ultimo el más utilizado en la actualidad para la fabricación de componentes electrónicos.

Un material conductor, tiene gran cantidad de electrones libres, permitiendo el flujo de electrones entre sus átomos (electricidad)

Eje: el cobre.

Un aislante es todo lo contrario por lo cual se dice que no conduce

electricidad. Eje: Plástico

Después del oxigeno, el silicio es el elemento mas abundante en la corteza terrestre en:Arena, cuarzo, granito, arcilla, mica, etc.

Silicio

LOS SEMICONDUCTORES

- Fabricación de componentes electrónicos- Construcción de ladrillos, vidrios y otros materiales- Silicona para implantes médicos- Fertilízate en la agricultura

MATERIALES CONDUCTORES

• Todos los cuerpos o elementos químicos existentes en la naturaleza poseen características diferentes, agrupadas todas en la denominada “Tabla de Elementos Químicos”. Desde el punto de vista eléctrico, todos los cuerpos simples o compuestos formados por esos elementos se pueden dividir en tres amplias categorías:

A) Conductor de alambre de cobre. B) Diodos C) transistor (dispositivos semiconductores en ambos casos). D) Aislantes de porcelana instalados en un transformador distribuidor de energía eléctrica de bajo voltaje E) Aislantes de vidrio

TEORÍA DE LOS SEMICONDUCTORES

• Para entender los principios físicos de los semiconductores tenemos que conocer como están formados los átomos de los elementos.

• En el núcleo del átomo se encuentran protones, con carga positiva y los neutrones, solo con masa, no tienen carga eléctrica. Fuera del núcleo y  girando alrededor de él, en las llamadas órbitas, se encuentran los  electrones, con la misma carga que los protones pero negativa.

• Cualquier átomo tiene el mismo número de protones en su núcleo que electrones girando en órbitas alrededor del núcleo. La carga positiva de los protones se anula con la negativa de los electrones, por eso el átomo, en su estado normal, tiene carga eléctrica nula.

MODELO DE BANDA

Podríamos resumir todo esto diciendo que los electrones dentro de un átomo, se pueden encontrar en 3 tipos de bandas diferentes:

Banda de conducción: Intervalo energético donde están aquellos electrones que pueden moverse libremente. Están libres de  la atracción del átomo.

Banda Prohibida: Energía que ha de adquirir un electrón de la banda de valencia para poder moverse libremente por el material y pasar a la banda de conducción.

Banda de Valencia: Intervalo energético donde están los electrones de la última órbita del átomo.

• A bajas temperaturas la banda de valencia está llena y la de conducción está vacía.

• Recordar que una banda llena no puede conducir, de la misma manera que no lo puede hacer una banda vacía.

• A bajas temperaturas los semiconductores no conducen, se comportan como aisladores.

• A bajas temperaturas la energía térmica que podrían adquirir los electrones más energéticos de la banda de valencia es mucho menor que Eg .

Banda prohibida

Energy gap [Eg]

Banda de conducción vacía

Banda de valencia llena

En

ergí

a d

e lo

s el

ectr

ones

BANDAS DE ENERGÍA DE UN SEMICONDUCTOR (bajas temperaturas)

CONDUCCIÓN ELECTRÓNICA

• Supongamos que algún tipo de energía es provista a un electrón en la banda de valencia, tal que puede ser promovido a la banda de conducción.

• Si se aplica un campo eléctrico este electrón puede responder al mismo.

• Este electrón contribuye a la conducción eléctrica y es llamado electrón de conducción.

• A 00K, los electrones están en los niveles de menor energía. La banda de valencia es la banda de mayor energía llena a esta temperatura.

Banda de valencia llena

Banda prohibida

Energy gap [Eg]

Banda de conducción vacía

• Cuando suficiente energía es dada a un e- situado en el “top” de la banda de valencia ,este e- puede hacer una transición al piso de la banda de conducción.

• Cuando un electrón hace tal transición este deja atrás un estado electrónico vacante

• Este estado vacante es llamado hueco.

• El hueco se comporta como un portador de carga positiva.

• Tiene la misma magnitud de carga que un electrón pero de distinto signo.

+e- +e- +e- +e-energía

Banda de conducción vacía

Banda prohibida

Energy gap [Eg]

Banda de valencia llena

BANDAS DE ENERGÍA DE UN SEMICONDUCTOR (bajas temperaturas)

• Los huecos contribuyen a la corriente en la banda de valencia band (BV) como los electrones lo hacen en la banda de conducción (BC).

• Un hueco no es una partícula libre. Puede existir solamente dentro del sólido. Es un estado electrónico vacante.

• Las transiciones electrónicas entre bandas resultan en igual número de e- en BC y huecos en la BV. Esta es una propiedad de semiconductores intrínsecos (no dopados). En el caso de semiconductores extrínsecos (dopados) esto no es así.

CONDUCCIÓN EN LOS SEMICONDUCTORES

CONDUCCIÓN BIPOLAR: DOS PORTADORES

• Después de la transición , la banda de valencia no está más llena, está parcialmente llena y puede conducir electricidad

• La conductividad es debida tanto a electrones y huecos (conducción bipolar).

ocupado

Banda de valencia (parcialmente llena)

En

ergí

a d

el

elec

trón

vacío

Después de la transición

En equilibrio (Aislante)

Electrones libres y zona de conducción. (Conductor)

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS:

TIPOS DE SEMICONDUCTORES

Cristales en estado puro, todos los átomos son iguales. No tiene impurezas

TIPO P:

Portadores mayoritarios huecos (+)

Se le agregan impurezas, es decir átomos diferentes de otros materiales (aleaciones). Proceso conocido como dopaje del cristal de silicio.

TIPO N:

Portadores mayoritarios electrones (-)

TIPOS DE SEMICONDUCTORESSEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS:

LA UNION PN

Zona de agotamiento

(Barrera de potencial)

ZONA P:

Portadores Mayoritarios Huecos

ZONA N:

Portadores Mayoritarios electrones

UNION DE DOS ELECTRODOS (DIODO)

(SEMICONDUCTORES P Y N)

POLARIZACIÓN DIRECTA DE LA UNION PN

Zona de agotamiento se reduceSi la unión es de Silicio, el VD debe se superior a 0,7 V

Si la unión es de Germanio, el VD debe ser superior a 0,3 VHay circulación de corriente desde ID > 0

POLARIZACIÓN INVERSA DE LA UNION PN

Zona de agotamiento se agranda.Tensión de ruptura, es el voltaje máximo permitido sin que se

destruya la unión.No hay circulación de corriente ID = 0

• http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/default.asp

• http://www4.ujaen.es/~egimenez/FUNDAMENTOSFISICOS/semiconductores.pdf

• http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/SEMICONDUCTORES.htm

• http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_1.htm

• http://pelandintecno.blogspot.com/2014/04/semiconductores-intrinsecos-y.html