Las principales características de los materiales aislantes, conductores y semiconductores

TRABAJO COLABORATIVO 2.

PRESENTADO POR:

ELIZABETH AVILA JIMENEZ.

COD: 1.015.393.578.

PRESENTADO A:

WILMER HERNAN GUTIERREZ.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA.

JOSE ACEVEDO Y GÓMEZ.

2014.

OBJETIVOS.

 Conocer las principales características de los materiales aisladores, conductores y semiconductores.

 Simular y analizar los diferentes tipos de diodos.

 Conocer las principales características de los transistores NPN y PNP.

 Reconocer la importancia de los semiconductores en el mundo actual.

FASE 1

Solucione los siguientes cuestionamientos relacionados con los Semiconductores.

1. Enuncie las principales características y diferencias existentes entre un material aislante, un conductor y un semiconductor. De algunos ejemplos de cada grupo.

Mariales conductores:

• Permiten que la carga eléctrica se desplace fácilmente a través de ellos.

• Tienen cargas libres para que estas al moverse generen cargas eléctricas.

• Se caracterizan por poseer una densidad alta de portadores de carga.

• Se requiere sólo una cantidad despreciable de energía para promover un electrón de valencia a la banda de conducción, donde adquiere libertad para moverse a través de todo el metal, dado que la banda de conducción carece de electrones.

• Los metales tienen estructura cristalina, esto es, los núcleos de los átomos que componen un metal están perfectamente ordenados y los electrones de valencia de los mismos están tan débilmente atados a sus respectivos átomos que cada uno de ellos es compartido por todos los átomos de las estructura. Es por ello que en el metal se forma un nube electrónica cuyos electrones son compartidos por toda la estructura y ninguno de ellos está atado particularmente alguno de los átomos.

• Los metales como el oro y el cobre, son capaces de conducir la corriente eléctrica, significa que son buenos conductores.

Materiales aislantes o dieléctricos:

• Se caracterizan por una densidad casi nula de portadores de carga.

• La brecha entre las bandas de conducción y de valencia es considerablemente mayor que en un metal.

• Permiten que la carga se desplace con mayor dificultad.

• Se requiere mayor energía para excitar un electrón a la banda de conducción. La carencia de esta energía impide la libre movilidad de los electrones.

• Los electrones de valencia están ligados fuertemente a sus respectivos núcleos atómicos. Los electrones de uno de sus átomos no son compartidos con otros átomos.

• El vidrio, la madera y el hule son aislantes comunes.

Materiales Semiconductores:

• Se caracterizan por una densidad intermedia de portadores de carga.

• La conductividad del semiconductor aumenta si se le proporciona la suficiente energía por cualquier método, de tal forma que los electrones de la banda de valencia salten a la banda de conducción.

• Tienen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes.

• Se comportan comoaislantes a bajas temperaturas pero a temperaturas más altas secomportan como conductores. La razón de esto es que los electrones devalencia están ligeramente ligados a sus respectivos núcleos atómicos,pero no lo suficiente, pues al añadir energía elevando la temperatura soncapaces de abandonar el átomo para circular por la red atómica delmaterial. En cuanto un electrón abandona un átomo, en su lugar deja unhueco que puede ser ocupado por otro electrón que estaba circulandopor la red.

• Los materiales semiconductores más conocidos son: Silicio (Si) yGermanio (Ge), los cuales poseen cuatro electrones de valencia en suúltimo nivel.

2. Cómo se obtiene un semiconductor tipo N y uno tipo P ? Qué cualidades o características adquiere este material con respecto al semiconductor puro ?

Los primeros semiconductores se fabricaron con cristales de alta pureza de germanio y de silicio con impurezas de los elementos vecinos en la Tabla Periódica. El germanio y el silicioposeen cuatro electrones en su última capa y por ello se une a sus átomos vecinos mediante enlaces covalentes. A temperaturas bajas los cuatroelectrones están formando dichos enlaces, por lo que permanecen ligados a los átomos y no pueden moverseaunque se aplique un campo eléctrico exterior, esto es, se comportan como aislantes. A temperaturassuperiores, como la temperatura ambiente, hay electrones que poseen suficiente energía térmica como parasaltar de su enlace covalente a niveles energéticos superiores donde no están ligados.

Estos electrones sí pueden moverse en caso de aplicarse un campo eléctrico exterior, y se comportancomo conductores (aunque no tan buenos como los metales). Si se aumenta más aun la temperatura, maselectrones se desligan de sus enlaces y contribuyen a la corriente eléctrica. Así pues los semiconductoresaumentan su conductividad al aumentar su temperatura. Cuando un electrón salta de su enlace covalente, sedice que deja un hueco puesto que es susceptible de ser llenado por otro electrón. Los electrones liberados por energía térmica a veces también caen en los huecos que han dejado otros electrones.

Existe un equilibriodinámico entre los electrones que se liberan por energía térmica y los electrones que, vuelven a caer en loshuecos, esto es, el número de electrones libres (que será exactamente igual que el número de huecos) esconstante a temperatura constante. Este tipo de semiconductores se denomina semiconductores intrínsecos.

Si a un semiconductor intrínseco, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio.

Las características de los materiales semiconductores pueden ser alternadas significativamente por la adicción de ciertos átomos de impureza a un material semiconductor relativamente puro.

Existen dos materiales extrínsecos de gran importancia para la fabricación de dispositivos semiconductores el tipo N y el tipo P.

Tanto el material tipo N como el tipo P se forma mediante la adicción mediante un numero predeterminado de átomos e impurezas al germanio o al silicio. El tipo n se crea a través de la introducción

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