Dispositivos Semiconductores y Diodos

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Instituto de Estudios Superiores de la Ciudad de México Rosario Castellanos

Campus Magdalena Contreras

Ingeniería en control y automatización

Dispositivos Semiconductores y Diodos

Urbina Bolaños Ángel Adán

ICAT-401

Electrónica Básica

Profesor: Víctor Leonardo Álvarez Cortez

Ciudad de México

(20 de septiembre) 2022

INDICE

INTRODUCCIÓN        3

SEMICONDUCTORES        3

SEMICONDUCTOR TIPO N        3

SEMICONDUCTOR TIPO P        4

DIODOS SEMICONDUCTORES        4

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA        5

CONCLUSIÓN        6

BIBLIOGRAFÍA        6

INTRODUCCIÓN

La Electrónica de Potencia es la disciplina tecnológica que trata la conversión eficiente de energía eléctrica de la forma en que se encuentra disponible en sus fuentes a la forma en que la necesitan sus consumidores. La tecnología asociada se basa en el uso de dispositivos semiconductores que funcionan como interruptores capaces de conducir altas corrientes cuando están cerrados, soportar altas tensiones cuando no conducen y pasar del estado de conducción al corte en tiempos que van de decenas de nanosegundos a algunos microsegundos. La comprensión adecuada de sus características, funcionamiento y aplicabilidad es fundamental para el ingeniero que desarrolle su actividad en relación con estos equipos o con sus áreas de aplicación.

SEMICONDUCTORES

Un semiconductor es un material cuya conductividad eléctrica está situada entre la de un aislante y la de un conductor normal. Los semiconductores más empleados son el silicio y el germanio, aunque el silicio por sus propiedades térmicas superiores a las del germanio, es el material semiconductor más empleado en la actualidad para la fabricación de transistores, circuitos integrados y la mayoría de elementos semiconductores.

En realidad el silicio y el germanio se encuentra en la naturaleza en forma dg estructuras de cristales, en las cuales los átomos se disponen de forma regular en una red cristalina, donde las fuerzas mutuas de cohesión entre átomos se manifiestan al compartir cada átomo sus cuatro electrones de valencia con los cuatro átomos.

SEMICONDUCTOR TIPO N

Cuando se adicionan impurezas dadoras al semiconductor, quedan libres un gran número de elecciones capaces de transportar carga eléctrica. Ya que en el mecanismo de la conducción predominarán los electrones con su carga negativa, s€ conoce a este tipo de semiconductor como semiconductor tipo N. Cuando un átomo cede un electrón se convierte €n un ion positivo. Los átomos de impurezas dadoras son iones positivos en el interior del cristal; el lechón liberado por la impureza se desplaza por el cristal pero el ion positivo queda sujeto a la red cristalina debido a los enlaces covalentes. Si se aplica una diferencia de potencial a un semiconductor tipo N, el flujo de corriente depende esencialmente de los electrones libres, puesto que son mucho más numerosos los electrones que los huecos. En este caso los electrones serán los portadores mayoritarios y los huecos los portadores minoritarios.

SEMICONDUCTOR TIPO P

Al agregar impurezas aceptaras al semiconductor, los electrones externos de un átomo de la impureza forman por lo general tres enlaces covalentes con tres átomos cercanos del semiconductor pero además, deberá anexarse un electrón de un cuarto átomo vecino del semiconductor, generando un hueco en dicho átomo. En este caso los átomos de las impurezas aceptoras se convierten en iones negativos pero permanecen fijos formando parte de la red cristalina, siendo los huecos que han originado los que transportan la carga al paso de la corriente cuando se aplica una diferencia de potencial al semiconductor.

DIODOS SEMICONDUCTORES

Los diodos semiconductores se obtienen al acoplar un material tipo P con un material tipo N en forma de unión. En el semiconductor N existe una gran concentración de electrones libres y en el P de huecos. Debido al fenómeno térmico llamado difusión, los electrones tienden a moverse hacia la región tipo P a través de la unión; algo similar sucede con los huecos del tipo P que tratan de juntarse con los electrones libres del tipo N. Cada electrón que crea la unión P-N se combina con un hueco del otro tipo de semiconductor neutralizándose las cargas. Igualmente cada hueco que atraviesa la unión se combina con un electrón libre. La pérdida de huecos de la región P la deja cargada negativamente y con iones aceptores; la pérdida de electrones de la región N la deja cargada positivamente y con iones dadores. Al ir aumentando la carga negativa en el semiconductor P, dicha carga repele los electrones libres del tipo N, impidiendo continuar la difusión; por otro lado, la carga cada vez mayor de carácter positivo que va adquiriendo el tipo N, al ir perdiendo electrones, también impide que se acerquen los huecos a la unión. Este potencial creado entre los dos tipos dc semiconductores al lo producirse la difusión y que detiene e impide seguir la recombinación de huecos y electrones, es del orden de unas décimas de voltio y se conoce como "barrera de potencial". Si a la unión P-N se le aplica una tensión externa, que anule la barrera de potencial creada en su interior, el polo positivo repelerá los huecos del material P hacia la unión mientras que el polo negativo repelerá hacia la unión a los electrones del material N. La barrera interna de potencial será neutralizada y los portadores mayoritarios podrán cruzar la unión para generar una corriente eléctrica; de esta forma la unión queda polarizada en forma directa. Si se invierte la polaridad de la tensión externa, se refuerza el efecto de la barrera interna de potencial. Los portadores mayoritarios no pueden cruzar la unión y por lo tanto la unión queda polarizada inversamente. A pesar de la polarización inversa el diodo es atravesado por una pequeña corriente debida a la continua generación de pares electrón-hueco que rompen su enlace covalente por la absorción de calor. Con la polarización inversa los portadores mayoritarios son repelidos por los respectivos polos de la tensión externa y alejados de la unión. El resultado es que se aumenta el ancho de la región agotada y que la barrera interna de potencial aumenta.

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