Actividad 12 Conferencia: Revisin y anlisis primera evaluacin. Semiconductores definiciones y conceptos bsicos, estructura, smbolo, funcionamiento, caractersticas. Materiales semiconductores. Tipos de diodos.

Actividad 10Conferencia: Revisin y anlisis primera evaluacin. Semiconductores definiciones y conceptos bsicos, estructura, smbolo, funcionamiento, caractersticas. Materiales semiconductores. Tipos de diodos. Electrnica IndustrialObjetivo: Definir el funcionamiento de los semiconductores y el empleo de los mismos en la creacin del diodo. Sumario:Niveles atmicos de los conductores y semiconductoresSemiconductoresSemiconductores intrnsecosTipos de semiconductoresTipos de diodosBibliografa:Principios de Electrnica . Sexta edicin. Albert Paul. 1999.Electrnica: Teora de circuitos y dispositivos Electrnicos. Octava edicin. Robert Boylestad y Louis Nashelsky. Electrnica Integrada, Circuitos y sistemas analgicos y digitales. Jacob Millman y Cristos C. Halkias.Niveles atmicos de los semiconductoresOrbitales establesParte interna Electrn libreOrbitales estables

El ncleo atmico atrae a los orbitales estables, estos no caen al ncleo debido a la fuerza centrifuga (hacia afuera) creada por su movimiento orbitalCuando un electrn se halla en un orbital estable, la fuerza centrifuga equilibra exactamente la atraccin ejercida por el ncleo.

Orbitales estables

Cuanto ms lejana es la rbita de un electrn menor es la atraccin del ncleo. Los electrones de los orbitales ms alejados del centro se mueven a menor velocidad, produciendo menos fuerza centrfuga. El electrn ms externo viaja muy lentamente y prcticamente no se siente atrado hacia el ncleo.

Parte InternaEn electrnica, lo nico que importa es el orbital exterior el cual tambin se denomina orbital de valencia.Es el orbital exterior el que determina las propiedades elctricas del tomo.

Electrn libreComo el electrn de valencia es atrado muy dbilmente por la parte interna del tomo, una fuerza externa puede arrancar fcilmente este electrn al que se le conoce como electrn libre.El cobre es un buen conductor incluso la tensin ms pequea puede hacer que los electrones libres de un conductor se muevan de un tomo al siguiente.Los mejores conductores son el oro la plata y el cobre.

El cobre es un buen conductor. En nucleo contiene 29 protones (cargas positivas), cuando un atomo de cobre tiene una carga neutra 29 electrones (cargas negativas) se disponen alrededor del ncleo, hay 2 electrones en el primer orbital, 8 en el segundo, 18 en el tercero y un orbital exterior.SemiconductoresEstructura de las bandas de energaCristales de silicioRecombinacinSemiconductoresLos mejores conductores tienen un orbital de valencia, mientras que los mejores aislantes poseen ocho electrones de valencia.Un semiconductor es un elemento con propiedades elctricas entre las de un conductor y las de un aislante. Los mejores semiconductores tienen cuatro electrones de valencia. Los rayos X y otros estudios han demostrado que la mayor parte de los metales y los semiconductores tienen estructuras cristalinas.Un cristal consiste en un espacio ordenado de tomos o molculas.Cuando los tomos forman un cristal los niveles de energa de los electrones ms interiores no se ven afectado, en cambio los niveles de electrones ms exteriores cambian extraordinariamente ya que los electrones estn solicitados por mas de un tomo de cristal.

Estructura de las Bandas de energa para un aislante un conductor y un semiconductor

tomo de Si

Cristales de Si

Cristales de Si

Saturacin de valencia: n=8A temperatura mayor de cero, los tomos del cristal vibran y ocasionalmente un electrn se desliga del orbital de valencia, ganando energa suficiente para situarse en un orbital de nivel energtico mayor, el electrn se convierte en un electrn libre. La salida del electrn deja un hueco en el orbital de valencia.

RecombinacinEn un cristal de Si puro se creara igual nmero de electrones que de huecos.Los electrones se mueven de forma aleatoria a travs del cristal. En ocasiones un electrn libre se aproxima a un hueco y ser atrado y caer hacia l. Esta unin se denomina recombinacin.El tiempo de vida transcurre entre unos nanosegundos a milisegundos.

ResumenEn el cristal de Si se crean igual nmero de electrones libres que de huecos, por la accin de la energa trmica.Otros electrones libres y huecos se estn recombinando.Algunos electrones libres y huecos existen temporalmente esperando recombinarse.Semiconductor IntrnsecoFlujo de electrones libres y de huecosDos tipos de flujoDopaje de un semiconductor.Semiconductor intrnsecoUn semiconductor intrnseco es un semiconductor puro. A temperatura ambiente un cristal de silicio se comporta mas o menos como un aislante ya que solo posee cuatro electrones libres y sus huecos correspondientes producidos por la energa trmica que posee dicho cristal.

Flujo de electrones libres y de huecos

El electrn se desplaza hacia la izquierda y el hueco se desplaza a la derecha. Dos tipos de FlujosUn semiconductor intrnseco tiene el mismo nmero de electrones que de huecos.Esto se debe a que la energa trmica produce los electrones libres y los huecos por pares.La tensin aplicada forzara a los electrones libres a circular hacia la izquierda y a los huecos hacia la derecha. Cuando los electrones libres llegan al extremo izquierdo del cristal, entran al conductor externo y circulan hacia el terminal positivo de la batera

Dos tipos de FlujosPor otra parte los electrones libres en el terminal negativo de la batera circulan hacia el extremo derecho del cristal.En este punto entran en el cristal y se recombinan con los huecos que llegan al extremo derecho del cristal. As, se produce un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del semiconductor.No existe flujo de huecos por fuera del semiconductor.

Dos tipos de FlujosLos electrones libres y los huecos se mueven en direcciones opuestas.Se concibe la corriente en un semiconductor como el efecto combinado de los dos tipos de flujo: el de los electrones libres en una direccin y el de los huecos en la opuesta. Los electrones libres y los huecos reciben la denominacin comn de portadores debido a que transportan la carga elctrica de un lugar a otro.

Dopaje de un semiconductor

Una forma de aumentar la conductividad de un semiconductor es mediante el dopaje.El dopaje supone que, deliberadamente, se aaden tomos de impurezas a un cristal intrnseco para modificar su conductividad elctrica.Un semiconductor dopado se llama semiconductor extrnseco.

Aumento del nmero de electrones libres

Cul es el proceso de dopaje de un cristal de silicio?

Fundir un cristal puro de silicio para romper los enlaces y cambiar el estado del silicio de solido a liquido.Con el fin de aumentar el nmero de electrones se aaden tomos pentavalentes (5 electrones de valencia). El arsnico, el antimonio y el fosforo son tomos pentavalentes. Como estos materiales donarn un electrn extra al cristal de silicio se les conoce como impurezas donadoras. Al enfriarse el cristal y volver a formar la estructura cristalina solida, en el centro se halla un tomo pentavalente rodeado de cuatro tomos de silicio.Aumento del nmero de electrones libres

Cul es el proceso de dopaje de un cristal de silicio?

Cada tomo pentavalente o donante de un cristal de silicio, produce un electrn libre.El fabricante controla as la conductividad de semiconductor dopado. Cuantas mas impurezas se aadan, mayor ser la conductividad.

Aumento del nmero de huecos

Se emplean impurezas trivalentes; es decir las impurezas cuyos tomos tengan solo tres electrones de valencia, como por ejemplo el aluminio, el boro y el galio.Como el tomo trivalente del centro comparte un electrn con a cada tomo vecino y este tiene solo tres electrones de valencia, quedaran solo 7 electrones en el orbital de valencia y aparecera entonces un hueco en el orbital de valencia de cada tomo trivalente.Un tomo trivalente se denomina tambin aceptor.

ResumenResumenPara que un fabricante pueda dopar un semiconductor debe producirlo inicialmente como un cristal absolutamente puro.Controlando posteriormente la cantidad de impurezas, se puede determinar con precisin las propiedades del semiconductor.Inicialmente era mas fcil producir cristales puros de Ge, posteriormente se mejoraron las tcnicas y se comenzaron a producir cristales puros de Si.El Si, por las ventajas que posee es el material semiconductor mas popular y til. Tipos de semiconductores extrnsecosSemiconductor tipo NSemiconductor tipo PSemiconductor tipo NEl silicio dopado con una impureza pentavalente se llama semiconductor tipo N.Los portadores mayoritarios son los electrones y los huecos son los portadores minoritarios.

Semiconductor tipo NAl aplicarse una tensin los electrones libres dentro del semiconductor se mueven a la izquierda y los huecos a 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.Los electrones libres circulan hacia el extremo izquierdo del cristal, donde entran al conductor para circular hacia el terminal positivo de la batera.

Semiconductor tipo PEl silicio dopado con una impureza trivalente se llama semiconductor tipo P.Los portadores mayoritarios son los huecos y los electrones son los portadores minoritarios.

Semiconductor tipo P

Al aplicarse una tensin los electrones libres dentro del semiconductor se mueven a la izquierda y los huecos a 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.El flujo de portadores minoritarios dentro del semiconductor es casi despreciable. Tipos de diodosDiodo rectificador.Diodo zener.Diodo emisor de luz.

PreguntasSupongamos que una fuerza exterior arranca un electrn del orbital de valencia de un tomo de cobre cobre? Cul ser la carga resultante si un electrn exterior entra en el orbital de valencia del tomo de cobre? Si un cristal puro de Si tiene un milln de electrones libres. Cuntos huecos tiene? Que sucede con el nmero de electrones y de huecos si aumentamos la temperatura?Un semiconductor dopado tiene 10 000 millones de tomos de Si y 15 millones de tomos pentavalentes. Si la temperatura ambiente es de 25 grados Celsius. Cuantos electrones libres y huecos hay dentro del semiconductor. ConclusionesEl orbital exterior o de valencia determina las propiedades elctricas del tomo. Los conductores tienen 1 orbital de valencia, los aislantes poseen 8 y los semiconductores 4.El Ge y el Si, son elementos semiconductores.En el cristal de Si puro se crea igual numero de electrones libres que de huecos a temperatura ambiente.Bajo la influencia de la energa trmica da paso a la formacin de electrones libres los cuales se pueden recombinar con los huecos.El semiconductor intrnseco es un semiconductor puro. El semiconductor extrnseco es un semiconductor dopado para mejorar su conductividad.Existen los semiconductores tipo N y tipo P.Los diodos se pueden clasificar el diodos rectificadores, diodos zener y diodos emisores de luz, entre otros.

Estudio IndependienteRealice los ejercicios 3,5,6,8,10,11,25,y,29,dela pg. 75 de la bibliografa 1Realice los ejercicios del 1 al 5 de la pg. 78 de la bibliografa 1.Realice los ejercicios 12,15 y 16 de la pg. 33 de la bibliografa 2.