Dispositivos Semiconductores

1.3.2 Dispositivos Semiconductores

Los materiales semiconductores son aquellos que a temperaturas muy bajas se comportan como aislantes, es decir, no conducen la electricidad, pero que cuando la temperatura aumenta por encima de un cierto valor se convierten en muy buenos conductores.

El elemento semiconductor más usado es el silicio. De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

Tipos de Semiconductores:

 Semiconductores Intrínsecos: En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero.

 Semiconductores Extrínsecos: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, el semiconductor se denomina extrínseco y se dice que está dopado.

 Semiconductor Tipo N: Un Semiconductor 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.

 Semiconductor Tipo P: Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado. 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.

1.3.2.1 Diodos

Un diodo semiconductor de estado sólido consta de dos partes, formadas por cristales de silicio de diferente polaridad. Un cristal de silicio en estado puro constituye un elemento químico tetravalente por estar compuesto por átomos de valencia +4, pero para obtener dos cristales semiconductores de polaridad diferente es necesario “doparlos” durante el proceso de producción del diodo, añadiéndole a la estructura molecular de cada uno de esos cristales cierta cantidad de impurezas pertenecientes a átomos de otros elementos químicos pero de valencias diferentes para cada una de las partes que formarán el diodo, con sus correspondientes polaridades.

En el punto de juntura o unión “p-n” de un semiconductor diodo de silicio se forma una “barrera de potencial” en la que los huecos de la parte positiva, por un lado, y los electrones de la parte negativa, por el otro, alcanzan un punto de equilibrio, creándose alrededor de dicha unión una “zona de deplexión” que impide que la corriente eléctrica fluya a través del diodo así formado.

Imagen 1.0, Simbología de diodos.

1.3.2.1.1 Led

El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en lacual circula por él una corriente eléctrica . Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por lacorriente eléctrica, emite luz .

1.3.2.1.2 Rectificadores

Hay muchos tipos diferentes de rectificadores, que se utilizan en electrónica con muy variados propósitos. Las dos variedades principales que requieren un análisis en profundidad, son los rectificadores de media onda y los rectificadores de onda completa. Uno u otro de estos dos tipos básicos de rectificadores se puede encontrar en la gran mayoría de productos de electrónica de consumo. En cualquier caso, ambas formas de rectificador funcionan a base de transformar la corriente alterna en corriente directa; sólo el método es lo que es diferente.

1.3.2.1.3 Zener

El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha.

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

1.3.2.2 Transistores

Se denomina transistor de unión a un dispisitivo electrónico constituido por un cristal semiconductor en el que se han formado dos uniones p-n consecutivas. Esto puede conseguirse creando dos zonas de tipo p separadas por un zona de tipo n (transistor PNP) o bien creando dos zonas tipo n separadas por una zona p (transistor NPN).

Figura 1.2, Simbología de transistores.

1.3.2.2.1 Bipolares

Un transistor bipolar está formado por dos uniones pn en contraposición. Físicamente, el transistor está consitutído por tres regiones semiconductoras denominadas emisor, base y colector. Existen 2 tipos de transistores bipolares, los denominados NPN y PNP

1.3.2.2.2 FET

Un transistor de efecto campo (FET) típico está formado por una barrita de material p ó n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material que forma con el canal una unión p-n.

En los extremos del canal se hacen sendas conexiones óhmicas llamadas respectivamente sumidero (d-drain) y fuente (s-source), más una conexión llamada puerta (g-gate) en el collar.

1.3.2.2.3 MOSFET

MOSFET. Son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica. La práctica totalidad de los circuitos integrados de uso comercial están basados en transistores MOSFET.

Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que, mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de conductor.

Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo de cómo se haya realizado el dopaje: Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n. Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p. Las áreas de difusión se denominan fuente y drenador, y el conductor entre ellos es la puerta.

1.3.2.3 Tiristores

Un tiristor es uno de los tipos más importantes de los dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a

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