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Semiconductores & Estructuras Cristalinas

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by

ignacio salazar

on 23 September 2013

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Transcript of Semiconductores & Estructuras Cristalinas

Semiconductores & Estructuras Cristalinas
Núcleo del átomo
Protones y Neutrones
Orbitas: Electrones
El átomo
Orbita de Valencia
Átomo de Silicio (Si)
Los electrones de Valencia determinan las propiedades eléctricas de un Material
Material Conductor
Los metales tienen Estructura Cristalina, Los electrones de Valencia están débilmente atados a su respectivo átomo. Cada e- es compartido por los demás átomos (Circulan libremente por la estructura).
Materiales Aislantes
Los electrones de Valencia están fuertemente ligados a su núcleo atómico. Los electrones no son compartidos entre átomos.
Materiales Semiconductores
A bajas T° se comportan como aislante.
A altas T° se comportan como Conductor.
La razón de esto es que los e- de Valencia están ligeramente ligados al núcleo,
Pero no lo suficiente. Al añadir energía abandonan el átomo para circular por la red atómica.
Para poder mover un e- a una orbita superior se debe aplicar alguna forma de energía, como calor o luz, para contrarrestar la atracción del núcleo.
Niveles de Energía
Representación gráfica de la estructura atómica del Silicio o germanio. Cada átomo utiliza para su estabilidad cuatro electrones de los átomos adyacentes.
Estructura Cristalina
Teoría de Bandas
Para entender el comportamiento de los materiales al paso de la corriente.
Banda de Valencia
Es el conjunto de energía que poseen los electrones de Valencia
Enlace Covalente
Banda de Conducción
Es el conjunto de energía que poseen los electrones para desligarse de sus átomos. Los electrones pueden circular por el material si existe una tensión eléctrica que los empuje entre dos puntos.
En base a estos dos conceptos se presentan tres casos:
Conductor
La energía de la banda de Valencia es mayor que la de los e- de la de conducción. Se superponen y muchos e- de valencia se situan sobre la de conducción con mucha facilidad, por lo tanto con la opción de circular por el medio.
Aislante
La energía de la banda de conducción es mucho mayor que la de Valencia. Existe una brecha de modo que los e- de valencia no pueden acceder a la banda de conducción que está vacía. Por lo tanto no hay conducción.
Semiconductores
La banda de conducción sigue siendo mayor, pero la brecha es menor. De modo que aplicando la energía suficiente los e- de valencia pueden saltar a la banda de conducción dejando un "hueco".
En Resumen
En los semiconductores hay dos tipos de portadores de corriente. Los "electrones" (Carga negativa) y los "Huecos"(Carga positiva)
A los materiales puros se les conoce como Materiales intrínsecos.
Materiales extrínsecos
Son materiales semiconductores puros contaminados con "impurezas" en mínimas proporciones (una partícula en un millón) a este proceso se le llama "Dopaje".
Existen dos tipos de dopaje
Materiales Tipo N
Se contamina el material semiconductor con átomos Pentavalente.
Dopaje tipo N
Se contamina el material con átomos con 5 electrones en su orbita de valencia como el Fósforo (P), Arsénico (As), Antimonio (Sb). Forzando al quinto e- a vagar por el material
Se le denomina donador de Electrones.
El material tipo N es portador mayoritario de electrones y portador minoritario de "huecos".
Materiales tipo P
Se contamina el material semiconductor con átomos Trivalentes.
Dopaje tipo P
Se contamina el material con átomos con 3 electrones en su orbita de valencia como el Boro (B), Galio (Ga) o Indio (In).
Dejando un hueco donde debería ir un electrón.
Se le denomina donador de huecos o aceptador de electrones
El material tipo P es portador mayoritario de huecos y portador minoritario de electrones.
¿Qué pasa si unimos los materiales tipo P y tipo N?
Diodo Semiconductor
Semiconductores y Estructuras Cristalinas
Responsable:
Carlos Salazar Núñez
Profesor:
Javier Mardones D'Appollonio
Dpto. Electrónica Aplicada
Carrera:
Telecomunicaciones, Conectividad y Redes
Objetivos de la Presentación
Conocer la estructura de los átomos de Silicio y Germanio.
Propiedades eléctricas de los materiales.
Teoría de bandas (comportamiento de los materiales).
Semiconductor Intrínseco.
Semiconductor Extrínseco.
Dopaje del material extrínseco.
Niveles de energía y estructura cristalina.
Introducción al Diodo Semiconductor
Simulación de circuito con Diodo Semiconductor.
El Silicio (Si)
El silicio es un elemento químico metaloide, forma parte de la familia de los carbonoideos, es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre.
No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de óxido de silicio. El cuarzo es una forma cristalina existente en la naturaleza por ejemplo.

Número atómico: 14
Punto de Fusión: 1414 °C


Núcleo
El Germanio (Ge)
Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias.
Los únicos minerales rentables para la extracción del germanio son la germanita (69% de Ge) y garnierita (7-8% de Ge)

Número atómico: 32
Punto de Fusión: 937,4 °C
2,8,4
Z=14
Orbita de Valencia
Átomo de Germanio (Ge)
Núcleo
Z=32
2,8,18,4
Al unir los materiales tipo P y N, el exceso de electrones del tipo N pasan al cristal tipo P y parte de los huecos del cristal tipo P pasan al tipo N.
Introducción al Diodo Semiconductor
En la unión se forma una franja llamada Zona de deplexión. Y junto a ella se hayan las zonas de agotamiento.
Esto impide el flujo de e- desde la zona N a la zona P.
Unión PN
Carga de los átomos
Átomo con carga Positiva
Átomo con
Carga Negativa
¿Qué pasa si se conecta una pila al diodo Semiconductor?
Polarización Directa
Se conecta el polo positivo al cristal P y el polo negativo al crital N.
La zona de deplexión se hace mas estrecha, permitiendo el paso de la corriente, en este caso el diodo "conduce".
Polarización Inversa
Se conecta el polo positivo al cristal N y el polo negativo al cristal P.
La zona de deplexión se hace mucho más ancha, reforzando la barrera que impide el paso de la corriente, en este caso el diodo "No conduce".
En Resumen
Un Diodo es un componente que permite el paso de la corriente en un sentido (Polarización directa), y no lo permite en el otro sentido (Polarización Inversa).
Un Mayor Resumen (Conclusiones)
El silicio (Si) y el Germanio (Ge) son los elementos usados para construir componentes capaces de ser semi conductores, por tener 4 e- de valencia muy alejados del núcleo, y su fácil forma de sacarlos de su orbita mediante energía como calor o luz.
Los electrones de valencia determinan las propiedades eléctricas de un material, y así tenemos Materiales conductores, semiconductores y aislantes.
En los semiconductores hay dos tipos de portadores de corriente eléctrica: Electrones (carga negativa) y Huecos (Carga positiva).


Un Mayor Resumen (Conclusiones)
A los materiales semiconductores puros se les conoce como material intrínseco.
A los materiales puros contaminados con "impurezas" se los conoce como material Extrínseco.
Según el tipo de dopaje que se le realice a un material Extrínseco, existen dos tipos: Tipo N y tipo P.
cristal tipo N: portador mayoritario de electrones.
cristal tipo P: portador mayoritario de huecos.
Al juntar estos dos tipos de material se forma una unión PN, formando un "diodo semiconductor", capaz de permitir el flujo de corriente en polarización directa y poner resistencia en polarización Inversa.
Bibliografía & Referencias
http://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Germanio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicosis
http://www.ing.unlp.edu.ar/quimica/Q1.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valencia
http://www.sabelotodo.org/materia/enlaces.html
http://www.angelfire.com/cantina/semiconductores/
http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/04/materiales-semiconductores.pdf
http://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/introduccion.pdf
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