Electrónica

“Electrónica”

-Semiconductores: Los semiconductores son conocidos como elementos que se comportan como metales o semiconductores los cuales dependen de factores como: campo eléctrico, campo magnético, campo térmico, estructura atómica, molecular, etc. En la tabla periódica a los semiconductores se les ubica en los grupos A: III, IV, V y VI estos son: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po. Estos semiconductores pueden ser intrínsecos o extrínsecos, es decir aquellos que son puros o tienen impurezas respectivamente. Una de las inquietudes actualmente es crear nuevos dispositivos semiconductores en aleaciones, mezclas u amalgamas, es decir fabricar elementos semiconductor-metal, semiconductor-semiconductor, semiconductor-aislante, y otras combinaciones ternarias o cuaternarias.

-Teoría de las bandas de conducción: En física de estado sólido, teoría según la cual se describe la estructura electrónica de un material como una estructura de bandas electrónicas, o simplemente estructura de bandas de energía. La teoría se basa en el hecho de que en una molécula los orbitales de un átomo se solapan produciendo un número discreto de orbitales moleculares. Conformación de las bandas de energía. Cuando una gran cantidad de átomos se unen, como en las estructuras sólidas, el número de orbitales es tan grande y la diferencia de energía entre cada uno de ellos tan pequeña que se puede considerar como si los niveles de energía conjunta formaran bandas continuas más que niveles discretos de energía como ocurre en los átomos aislados. Sin embargo, debido a que algunos intervalos de energía no contienen orbitales, independiente del número de átomos agregados, se crean ciertas brechas energéticas entre las diferentes bandas. Dentro de una banda los niveles de energía son tan numerosos que tienden a considerarse continuos si se cumplen dos hechos: primero, la separación entre niveles de energía en un sólido es comparable con la energía que los electrones constantemente intercambian en fotones; segundo, dicha energía es comparable con la incertidumbre energética debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, para periodos relativamente largos de tiempo.

-Silicio: El silicio es el segundo elemento del planeta más abundante, el primero es el oxígeno. Pertenece a la familia de los carbonoideos en la tabla periódica. Tiene 14 electrones y 14 protones, pero en términos de interés, solo nos interesan los 4 electrones que dispone en su zona de valencia. Se presenta en la naturaleza de dos formas distintas, una amorfa y otra cristalizada. En su forma amorfa tiene un color marrón, en su variante cristalizada tiene forma de octaedros de color azul grisáceo. Es más activo en su forma amorfa que en su forma cristalizada.

-Semiconductores 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 negativos o electrones).

Cuando se añade el material dopante, 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 15 de la tabla, 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. Nótese que cada electrón libre en el semiconductor nunca está lejos de un ion dopante positivo inmóvil, y el material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero.

-Semiconductor tipo “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 se añade el material dopante 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 14 de la tabla periódica) se le une un átomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla periódica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrará en condición de aceptar un electrón libre.

Así los dopantes crean los "huecos". 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 como 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 mayoritario, 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.

-Unión “P-N”: En una unión entre un semiconductor p y uno n, a temperatura ambiente, los huecos de la zona p pasan por difusión hacia la zona n y los electrones de la zona n pasan a la zona p.

En la zona de la unión, huecos y electrones se recombinan, quedando una estrecha zona de transición con una distribución de carga debida a la presencia de los iones de las impurezas y a la ausencia de huecos y electrones.

Se crea, entonces un campo eléctrico que produce corrientes de desplazamiento, que equilibran a las de difusión. A la diferencia de potencial correspondiente a este campo eléctrico se le llama potencial de contacto V0.

a) Polarización directa “P-N”: Con la polarización directa, la unión p-n impulsa los huecos desde el material tipo

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