TRABAJO COLABORATIVO No.2 FISICA ELECTRONICA

2. Semiconductores:

SEMICONDUCTOR TIPO P: Se obtiene mediante un “dopado”, añadiendo un compuesto, normalmente trivalente, es decir con 3 electrones en la capa de valencia, al semiconductor para aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos, huecos).

Al ser añadido, el material dopante o aceptador libera los electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor; el propósito del dopaje tipo P es crear abundancia de huecos.

Así los dopantes crean los “huecos”; cada hueco está asociado con un ion cercano cargado negativamente, por lo que el semiconductor se mantiene eléctricamente neutro en general, 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 por un electrón, por esta razón un hueco se comporta 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 mayoritarios, 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; en el caso del silicio, una impureza trivalente deja un enlace covalente incompleto, haciendo que, por difusión, uno de los átomos vecinos le ceda un electrón completando así sus cuatro enlaces.

SEMICONDUCTOR TIPO N: Se obtiene añadiendo un compuesto, normalmente pentavalente, es decir con 5 electrones en la capa de valencia, al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso, negativos, electrones libres); el propósito del dopaje tipo N es producir abundancia de electrones libres en el material.

Al ser añadido, el material dopante o donanador (cede uno de sus electrones al semiconductor) aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor.

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 VA de la tabla periódica (ej. fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb)), 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.

3. Tipos de diodos:

DIODOS DE TRATAMIENTO DE SEÑAL (RF): Están destinados a formar parte de etapas moduladoras, demoduladoras, mezcla y limitación de señales, etc. Uno de los puntos más críticos en el diodo, al momento de trabajar con media y alta frecuencia, se encuentra en la "capacidad de unión", misma que se debe a que en la zona de la Unión PN se forman dos capas de carga de sentido opuesto que conforman una capacidad real.

En los diodos de RF (radio frecuencia) se intenta que dicha capacidad sea reducida a su mínima expresión, lo cual ayudará a que el diodo conserve todas sus habilidades rectificadores, incluso cuando trabaje en altas frecuencias.

Entre los diodos más preparados para lidiar con las altas frecuencias destaca el diodo denominado Schottky. Este diodo fue desarrollado a principio de los sesenta por la firma Hewletty, deriva de los diodos de punta de contacto y de los de unión PN de los que han heredado el procedimiento de fabricación.

DIODOS DE CAPACIDAD VARIABLE ( VARICAP ): La capacidad formada en los extremos de la unión PN puede resultar de gran utilidad cuando, al contrario de lo que ocurre con los diodos de RF, se busca precisamente utilizar dicha capacidad en provecho del circuito en el cual se está utilizando el diodo. Al polarizar un diodo de forma directa se observa que, además de las zonas constitutivas de la capacidad buscada, aparece en paralelo con ellas una resistencia de muy bajo valor óhmico, lo que conforma un capacitor de elevadas pérdidas. Sin embargo, si polarizamos el mismo en sentido inverso la resistencia en paralelo que aparece es de un valor muy alto, lo cual hace que el diodo se pueda comportar como un capacitor con muy bajas pérdidas.

Si aumentamos la tensión de polarización inversa las capas de carga del diodo se esparcían lo suficiente para que el efecto se asemeje a una disminución de la capacidad del hipotético capacitor (el mismo efecto producido al distanciar las placas del un capacitor estándar). Por esta razón podemos terminar diciendo que los diodos de capacidad variable, más conocidos como varicap's, varían su capacidad interna al ser alterado el valor de la tensión que los polariza de forma inversa.

La utilización más solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a complejos sistemas mecánicos de capacitor variable en etapas de sintonía en todo tipo de equipos de emisión y recepción, ejemplo, cuando cambiamos la sintonía de un receptor antiguo, se varía mecánicamente el eje de un capacitor variable en la etapa de sintonía; pero si por el contrario, pulsamos un botón de sintonía de un receptor de televisión moderno, lo que hacemos es variar la tensión de polarización de un diodo varicap que se encuentra en el módulo sintonizador del TV.

DIODO AVALANCHA: Es un diodo semiconductor diseñado especialmente para trabajar en tensión inversa. Estos diodos poco dopados, cuando la tensión en polarización inversa alcanza el valor de la tensión de ruptura, los electrones que ha saltado a la banda de conducción perfecto de la temperatura se aceleran debido al campo eléctrico incrementando su energía cinética, de forma que al colisionar con electrones de valencia los liberan; estos a su vez, se aceleran y colisionan con otros electrones de valencia liberándolos también, produciéndose una avalancha de electrones y efectos de incrementar la corriente conducida por el diodo sin apenas incremento de la tensión.

Estos diodos se utilizan en la protección de circuitos electrónicos contra sobretensiones. Este se conecta en inversa a tierra,

...