Los semiconductores en el diseño de circuitos eléctricos

Los semiconductores en el diseño de circuitos electrónicos

Castillo Serrano Felipe de Jesús, Méndez Pérez Ángel Gabriel, Sánchez Olán Mauricio

Instituto Tecnológico Superior de Comalcalco

Comalcalco, México

fdjcsjw@gmail.com

angel-08-10-96@hotmail.com

maurso_01@hotmail.com

Equipo No.3

INTRODUCCIÓN

A la hora de hablar de semiconductores en el diseño de dispositivos electrónicos, se puede decir, que existen una gran variedad de éstos en las diferentes ramas de la electrónica, debido a sus propiedades físicas y químicas. Este ensayo nos mostrara la composición, comportamiento y aplicaciones de los semiconductores que utilizamos hoy en día y su gran diversidad e importancia que estos poseen.

ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS SEMICONDUCTORES

Los materiales semiconductores son los que poseen la propiedad de conducir la electricidad mediante su composición química, o de la manera contraria oponiéndose al flujo de corriente mediante la misma.

Los materiales que más se utilizan para la fabricación de semiconductores son el silicio y el germanio, esto es porqué en dicha materia prima se pueden lograr un alto nivel de pureza en su elaboración; cabe destacar que las impurezas en el silicio o en el germanio provocan que este pase de ser un semiconductor de muy baja calidad a un semiconductor de muy buena calidad. “La capacidad de cambiar las características del material en forma significativa a través de este proceso, que se conoce como “dopado”, es otra razón por la cual el (Ge) y el (Si) han recibido tanta atención”. “ver

Los átomos de germanio y de silicio son conocidos como tetravalentes debido a que ambos poseen cuatro electrones en su última capa de valencia (muéstrese la fig.1), y estos cuatro electrones están unidos a otros cuatro átomos de silicio o de germanio según sea el caso “A la asociación de átomos reforzado por el comportamiento de electrones se llama unión covalente” (fig.2).

Se señala que los materiales intrínsecos son los semiconductores que pueden ser cuidadosamente refinados para así poder disminuir sus impurezas y a los portadores libres encontrados en el material, qué se deben a causas naturales se le llama “portadores intrínsecos”.

Fig.1 Átomos tetravalentes de germanio y silicio

En la fig.1 se muestra claramente un ejemplo de átomos tetravalentes es decir que poseen cuatro electrones en su última capa de valencia.

Fig.2 Unión covalente de silicio

En la fig.2 se ve claramente la unión covalente del silicio con otros átomos de silicio.

Cuando hablamos de los niveles de energía establecemos cuando un material es un buen conductor, mal conductor y/o semiconductor atreves de su última capa de valencia que el material posee, si el material tiene pocos electrones entre 1-3 son conductores, 4-5 semiconductores y más de 6 son materiales aislantes.

LA UNIÓN “P-N” Y SU COMPORTAMIENTO

Los materiales intrínsecos son los que tienen un porcentaje muy alto de pureza, no se le ha añadido otro material impuro que altere su estructura y comportamiento, podemos decir que conserva su estado de semiconductor. Para aumentar la pureza en un material, hoy en día se han ido interviniendo por ciertos factores tecnológicos, que ayudan a su mejor creación para obtener mejores resultados en el material. En algunas ocasiones al aumentar la temperatura en dichos materiales, su nivel de médula puede aumentar y así formar nuevos electrones, los cuales estos serían mayores andando libres por el material semiconductor.

Los semiconductores “P” son aquellos que poseen 3 átomos de valencia como el (Ga), (Al), (B), (In), a esto se les denomina “aceptores”. En este tipo de semiconductor los electrones no son lo suficientemente “fuertes” para crear un enlace covalente. Al espacio vacío que se localiza en la red cristalina se le llama “hueco” debido a la falta de electrón que posee. Los semiconductores “N” son aquellos que se forman al añadirles ciertas impurezas o dopado, como algunos materiales (As), (Sb), (P), estos poseen cinco electrones de valencia y se le llama pentavalentes. En la red cristalina del (Sí) y el (Ge) se puede observar que al agregarle una impureza de antimonio, un electrón queda libre alrededor de los enlaces covalentes.

La unión “P-N” como su mismo nombre lo indica es la asociación entre los materiales tipo “P” y “N” formando un diodo semiconductor como se muestra en la figura 3. Cuando está en estado de equilibrio, los materiales “P” y “N” están separados por una región de agotamiento que contiene tantos iones negativos e iones positivos, debido a que no se le ha aplicado una potencia que haga interactuar los electrones libres que están en la región “N” hacia los huecos que están en la región “P”, haciendo una fluidez de electrones por el diodo semiconductor.

El potencial de contacto es una aplicación de voltaje que se realiza mediante las terminales que tiene el diodo semiconductor; al momento de ejercer esta fuerza, hay 3 tipos de factores que pueden ocurrir y que se explicaran más adelante.

Un campo eléctrico que actúa sobre el diodo semiconductor se debe a la fuerza intervenida entre cada unidad de carga sobre los materiales tipo “P” y tipo “N”; las direcciones que se pueden dar al campo magnético respecto a un punto de otro se realiza por medio de la fuerza que actúa sobre una carga positiva de un punto hacia otro. La zona de vaciamiento se debe a que los electrones que están libres y los huecos se combinan entre si y la zona queda vacía.

La carga eléctrica almacenada se debe a una presencia de campo eléctrico en el interior del diodo semiconductor, cuando incrementa su potencial sobre sus terminales, menor es su resistencia a la barrera de oposición de la región de agotamiento sobre los electrones que fluirán a través del material y pasaran a los huecos fluyendo energía.

Las capacitancias de difusión y transición se dan en las regiones de polarización tanto directa como inversa. En la capacitancia de difusión que se da en la polarización directa las cargas son depositadas hacia algunas regiones fuera de la “región de agotamiento” y esto depende de la velocidad con la que se realice. En la capacitancia de transición, la región de agotamiento que está libre de portadores y funciona como un aislante entre las dos capas opuestas del material, esto se debe al que el ancho de la región aumenta mediante el incremento de la polarización inversa.

Fig.3 Diodo con tipo

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