Materiales Semiconductores

Prof. Tony Castillo C., MSc.

Núcleo de AnzoáteguiEscuela de Ingeniería y Ciencias AplicadasDepartamento de TecnologíaÁrea de Electrónica

MATERIALES SEMICONDUCTORESSemiconductor, material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. A

temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan comoaislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en

presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puedeaumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian

en la física del estado sólido.Microsoft Encarta, 2007.

Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor. Los semiconductores más conocidos son el silicio (Si) y el germanio (Ge). Castillo, 2007

Materiales Semiconductores

EG ≅ 6ev EG ≅1ev

Banda de Conducción

Banda Prohibida

Banda de Valencia

Aislante Semiconductor Conductor

Valores Típicos de resistividad.

Conductor Semiconductor Aislanteρ ≅ 10-6 Ω - cm ρ ≅ 50 Ω - cm (Ge) ρ ≅ 1012 Ω - cm

(cobre) ρ ≅ 50 * 103 Ω - cm (Si)

(mica)


Res

iste

ncia

Res

iste

ncia

TemperaturaTemperatura

SemiconductorSemiconductor

Conducto

r Met

Conducto

r Metáá

licolico

Curva CaracterCurva Caracteríística stica (resistencia (resistencia && temperatura)temperatura)

Tipos de Materiales Semiconductores

• Silicio

Elemento químico de número atómico 14. Extraordinariamente abundante en la corteza terrestre, de la que constituye más de la cuarta parte, se encuentra principalmente en forma de sílice, como en el cuarzo y sus variedades, y de silicatos, como en la mica, el feldespato y la arcilla. Posee un elevado punto de fusión, y por sus propiedades semiconductoras, tiene gran aplicación en la industria electrónica y como detector de radiaciones. Sus derivados presentan gran variedad de usos, desde las industrias del vidrio a las de los polímeros artificiales, como las siliconas. (Símb. Si).Microsoft Encarta, 2007.

• Germanio Elemento químico de número atómico 32. Metal escaso en la corteza terrestre, se encuentra en los residuos de la metalurgia del cinc y en las cenizas de algunos carbones. De color gris, brillante y frágil, se usa en la fabricación de transistores y detectores de radiación, y aleado, para dar resistencia al aluminio y dureza al magnesio. (Símb. Ge).Microsoft Encarta, 2007.


Estructura AtEstructura Atóómica del Germaniomica del Germanio


++

Electrones de Valencia

Electrones de Orbita

Orbitas

Núcleo

Estructura AtEstructura Atóómica del Siliciomica del Silicio

Clasificación de los Materiales Semiconductores

Según su estado se clasifican en:

ΩΩIntrIntríínsecos.nsecos.ΩΩExtrExtríínsecos.nsecos.

SegSegúún el material n el material usado en el dopado usado en el dopado se clasifican en:se clasifican en:

®Tipo N®Tipo P


UniUnióón Covalente (Semiconductor Intrn Covalente (Semiconductor Intríínseco)nseco)

Si Si

Si Si

Electrones Compartidos

Electrones de Valencia


Impurezas Donadoras Impurezas Donadoras óóPentavalentes:Pentavalentes:

&&Antimonio (Sb).Antimonio (Sb).&&ArsArséénico (As).nico (As).&&FFóósforo (P).sforo (P).

Impurezas Aceptoras óTrivalentes:

™Boro (B).™Galio (Ga).™Indio (In).


Material Tipo N (Semiconductor ExtrMaterial Tipo N (Semiconductor Extríínseco, dopado al Fnseco, dopado al Fóósforo)sforo)

+ - ---

-

- --

-

--

-

-

- -

+ +

++

+

+

+ +

+ +

+

+ - ---

-

- --

-

--

-

-

- -

+ +

++

+

+

+ +

+ +

+P Ge

Ge Ge

Electrón libre

Portadores MinoritariosIones Donadores

Portadores Mayoritarios


Material Tipo P (Semiconductor ExtrMaterial Tipo P (Semiconductor Extríínseco, dopado al Boro)nseco, dopado al Boro)

Portadores Minoritarios

- + +++

-

+ ++

+

++

+

+

- +

- -

--

-

-

- -

- -

-IonesAceptores

Portadores Mayoritarios

HuecoB Ge

Ge Ge

Materiales SemiconductoresDiodo Ideal

Símbolo

Curva Característica


+

++

-+

+++

+

-

+

- - --- -

- --

-

--

-

-

- -

+ +

++

+

++ +

+ +

+ -

--

-- --

-

- -

-

-

- -+

+

+

++ ++++ ++++ ++++ ++

ID = 0 mAID = 0 mA

+ VD = 0 V -

P N

Región de Agotamiento

--

-

--

-

- -- -- -

-- -- - ++

++++

++ ++++++

Diodo Semiconductor (Sin polarización)


+

++ -

+

- --- -

- --

-

--

-

-

- -

+ +

++

+

++ +

+ +

+

++ -

--

-

-

++

++++ ++++ ++++ ++++ ++++ ++

IS

P N


-

- +- - - -

- - -

-- - -

- - ---

- - -++++

++++++

++ ++

IS

- +

Flujo de portadores mayoritarios

Con polarización inversa (VD < 0 volts)


+

++

-+

+

+++

-+

- - --- -

- --

-

--

-

-

- -

+ +

++

+

++ +

+ +

+ -

--

-- --

-

--

-

-

- -+

+

+

++++++++

IDID

+ VD -

P N


--

-- - -

--

--- ++

++++

++++

Con polarización directa (VD > 0 > Volts)


Materiales Semiconductores+V

on

DI

OR

pr

om

Diodo RealDiodo Real

Diagrama de capas del Diodo.


Curva Característica del Diodo Real

+ VD

ID

Voltaje de Ruptura

Pendiente = 1/rZ

Zona de Conducción

No conducción

Zona de Avalancha

Prof. Tony Castillo C., MSc.

??

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