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Transcript

semiconductores

Ninguna propiedad para un comportamiento reproducible

AVANCES: Metales VS Semiconductores

Angeles

De la Cruz

Ingeniería

David

De

Facultad

¿Qué

Aquino

Pallares

Materiales

Clasificación

Procesamiento

Semiconductores Intrínsecos

Héctor

Semiconductores Extrínsecos

Tipo N

De

Semiconductores

Tipo P

Intrínsecos

Tipo PN

Polarizado en directo

En semiconductores intrínsecos lo entendemos como puros, es decir la conexión entre sólo átomos de silicio.

Polarizado en inverso

¿Semiconductores?

Wafer Fab

Especificaciones como: orientaciones cristalinas, características eléctricas diámetro, grosor y longitud

En el horno se bombea un gas inerte

La mezcla de silicio es derretida a 1410°C

Relación Estructura Propiedades

Dispositivo especial se estira el silicio a través de un tubo para formar el lingote

En un torno se gira hasta quedar perfectamente cilíndrico.

Calibres de micrómetros, y determinación de su orientación cristalina

Teoría de semiconductores

Tipo N

Se prosigue a cortar el resto del lingote con grosor de 0.01 milímetros, las obleas son pulidas con una solución abrasiva semilíquida fina.

Impurezas pentavalente entre ellos se encuentran el fósforo, el antimonio y el arsénico

Ricardo

Al estudiar las estructuras cristalinas de los materiales semiconductores se puede comprender el movimiento de las cargas eléctricas en los átomos .

Adición de impurezas

1931 Frenkel

Lark-Horovitz

Extrínsecos

Semiconductores

Trabajo sobre el germanio y el silicio

“Conductores por exceso"

Tipo P

"Conductores por defecto"

1931 Alan Wilson

Impurezas trivalentes, entre ellos se encuentran el boro, el galio y el indio.

"Conductores anfotéricos”

Conductividad Eléctrica: Capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial.

Consecuencias que la teoría de bandas implica para las propiedades del transporte

Enlace y Encapsulado

Encapsulados con un compuesto plástico termoestable a una presión de doscientas toneladas.

Las exigencias de circuitos nanométricos proceso en cuartos diez mil veces a más limpias que un cuarto de quirófano.

En un horno por 4 o 5 horas a 175 °C así se endurece el plástico y se remueven gases que puedan afectar el producto.

Implementados en nuestra tecnología común.

Inferior a un Conductor

100% Probados

Tipo PN

Dispositivos son marcados con rayo laser con nombre de producto y código de lote a fin de rastrearlos.

Introducir impurezas de tipo P por un lado e impurezas tipo N por otro, se forma una unión PN .

Pueden llegar a comportarse como conductores o aislantes afectando su composición y en sí, su estructura cristalina.

Tipo N

Superior a un Aislante

Ingeniería

1930 Opinión de Gudden

Reciben el nombre de "donantes", porque cada uno dona o cede uno de sus cinco electrones a la estructura cristalina

1908 Baedaker

Unión PN polarizada en directo

Método de preparación de semiconductores en capas delgadas

Propiedades semiconductoras debidas a las impurezas

Unión PN polarizada en inverso

Propiedades.

Estructura cristalina del Silicio

El polo positivo de la pila a la región N y el polo negativo a la región P

El polo positivo de la pila a la región P y el polo negativo a la región N

Ninguna sustancia pura puede ser semiconductora

Alta

Conductor

Temperatura

Ambiente

Toda sustancia pura sería, o bien aislante o metálica

Conductividad eléctrica intermedia

Baja

Aislante

Conductor

Aislante

Número de átomos en la celda unitaria del Silicio: 8

Volumen de la celda: V= (0.543 nm)3 = 1.6 x 10-22 cm3

Número de átomos por c m3: η= 5 x 1022 átomos/cm3

Tienen una estructura cristalina cubica centrada en las caras, pero con una disposición especial , la cual se denomina estructura de diamante.

Tipo P

Intrínsecos

También llamados "aceptantes”, porque cada uno tendrá que captar o aceptar un electrón procedente de la propia estructura cristalina del silicio o del germanio.

1908 Königsberger

Historia de un concepto

Teoría de la disociación

Cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura.

Como el Si y Ga son intrínsecos, los electrones de su última órbita tienden a unirse formando enlaces covalentes.

"Nadie debería investigar sobre semiconductores. Son una porquería. ¿Quién sabe si realmente hay semiconductores?" (W.Pauli, 1931)

Sólidos en metales (en los que la energía de disociación era nula)

Al agruparse de esa forma para crear los átomos adquieren una estructura cristalina, semejante a una celosía.

Clasificación

Conductores Variables (en los que era finita)

Esta estructura no conduce la electricidad, por lo que esos cuerpos semiconductores se comportan como aislantes.

El comportamiento eléctrico (resistividad y movilidad) así como su funcionamiento depende de la estructura cristalina del material de base.

Aislantes (en los que era infinita)

Reflejo de un estado de ánimo en la comunidad de físicos dedicada al estudio de los sólidos a principios de los años 30.

Extrínsecos

Función de la temperatura

Ley de Faraday

Conducción electrolítica

CONVERSIÓN DEL SILICIO EN SEMICONDUCTOR "TIPO-N" O EN "TIPO-P”

1851 Hittorf Sulfuros de plata y Cobre

Según su pureza, se clasifican de la siguiente forma:

Ninguna de las tecnologías que han transformado el mundo sería concebible sin los semiconductores.

Es necesario introducir átomos de otros elementos semiconductores apropiados que posean tres o cinco electrones en su última órbita. Como:

Características de los Extrínsecos

La conductividad que presente finalmente un semiconductor “dopado” dependerá de la cantidad de impurezas que contenga en su estructura cristalina.

Al Ga

In As

P Sb

Siglo XVIII Volta

Materiales "de naturaleza semiconductora

Una vez dopado, será capaz de conducir la corriente eléctrica.

1938 G. Bush el carburo de silicio

Categoría de todos los materiales que no eran ni aislantes ni metales.

haríamos

semiconductores?

Galicia

Características

Reciclaje

En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los semiconductores son aquellos elementos pertenecientes al grupo IV de la Tabla Periódica (Silicio, Germanio, etc.

¿Qué es el reciclaje?

El reciclaje es el proceso que sufre un material para ser reincorporado o re-usado a un ciclo de producción o de consumo.

Los diamantes azules que contienen boro son semiconductores de tipo p; pero si se encontrara un diamante semiconductor de tipo n, se podrían construir circuitos eléctricos de diamante.

Otra característica que los diferencia se refiere a su resistividad, estando ésta comprendía entre los metales y la de los aislantes.

Diamante

Alótropo del carbono donde los átomos de carbono están dispuestos en una variante de la estructura cristalina cúbica centrada en la cara denominada red de diamante. El diamante es la segunda forma más estable de carbono, después del grafito.

Elegir la chatarra de Silio a procesar

Se agrega al crisol un agente de liberación

Para producir electrones de conducción, se utiliza energía adicional en forma de luz o de calor (se maneja como temperatura), que excita los electrones de valencia y provoca su liberación de los enlaces, de manera que pueden transportar su propia energía.

Reciclaje de electrónicos

• Dependencia de la tecnología

• Cuidado del medio ambiente

• Reto

• Extender vida útil

Las deficiencias o huecos que quedan contribuyen al flujo de la electricidad (se dice que estos huecos transportan carga positiva). Éste es el origen físico del incremento de la conductividad eléctrica de los semiconductores a causa de la temperatura.

Villagómez

Germanio

Elemento químico, metálico, gris plata, quebradizo, símbolo Ge, número atómico 32, peso atómico 72.59, punto de fusión 937.4ºC (1719ºF) y punto de ebullición 2830ºC (5130ºF), con propiedades entre el silicio y estaño.

Aplicaciones

Símbolo Si, número atómico 14 y peso atómico 28.086. El silicio es el elemento electropositivo más abundante de la corteza terrestre. Es un metaloide con marcado lustre metálico y sumamente quebradizo.

Silicio

Los cristales grandes de silicio se utilizan para cristales piezoeléctricos.

El germanio tiene una apariencia metálica, pero exhibe las propiedades físicas y químicas de un metal sólo en condiciones especiales, dado que está localizado en la tabla periódica en donde ocurre la transición de metales a no metales.

Los chips de silicio se emplean en circuitos integrados. Las células fotovoltaicas para la conversión directa de energía solar en eléctrica utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado electrónico.

Circuitos Integrados

Se realiza la colada

Proceso de Reciclaje

Fundir la chatarra de Silicio

A temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico y, en consecuencia, se comporta como un material quebradizo.

Procesadores de computadora

Por su abundancia, el silicio excede en mucho a cualquier otro elemento, con excepción del oxígeno. Constituye el 27.72% de la corteza sólida de la Tierra, mientras que el oxígeno constituye el 46.6%, y el siguiente elemento después del silicio, el aluminio se encuentra en un 8.13%.

Campos de paneles solares

Lectores de CD

El primer dispositivo de estado sólido, el transistor, fue hecho de germanio.

Finalmente se pulen y se cortan los lingotes con una sierra de diamante para quitar imperfecciones

Alejandro

Vehículos solares

Cirugía Láser

“Silicio reciclado para paneles solares”

Láser semiconductor

Celdas fotovoltaicas

Láser militar Northrop

Celulares solares

Reducir emisiones de dióxido de carbono

Elizabeth

Microscópio de Fuerza Atómica

Dispositivo

Funcionamiento

Raúl

Chip Fotónico de Silicio

Codifica y descodifica señales láser a través de la fibra óptica

Fibra óptica + chip fotónico: 50 Gbps

Cable de cobre: 10 Gbps

Sánchez

Zúñiga

García

sin

Jacobo

José

Dennis

Javier

José

Hernández

Gutiérrez

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