Semiconductores

Explique que es un conductor, semiconductor y aislante conducción

El término conductor se aplica a cualquier material que permite el flujo generoso de carga cuando la fuente de voltaje de magnitud limitada se aplica a través de sus terminales.

Un aislante presenta un nivel muy inferior de conductividad cuando se encuentra bajo la presión de una fuente de voltaje aplicada.

Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede considerarse situada entre la de un aislante y la de un conductor, considerados en orden creciente. Inversamente relacionada a la conductividad está la resistencia al flujo de carga o corriente, es decir, a mayor conductividad, menor será el nivel de resistencia.

¿Cuál es la aplicación de los semiconductores?

Es el principio básico de la electrónica moderna. Mediante dispositivos semiconductores se llevan a cabo diversas funciones de control. Pueden utilizarse como rectificadores, amplificadores, detectores, osciladores y elementos de conmutación.

¿Cuáles son las características de los semiconductores?

Algunas características propias de los semiconductores que los convienen en uno de los miembros favoritos de la familia electrónica son las siguientes.

1. Los semiconductores son sólidos. Por ello, es muy poco probable que vibren.

2. Los semiconductores consumen poca energía e irradian poco calor. No requieren tiempo de calentamiento y empiezan a funcionar en cuanto se les suministra energía.

3. Los semiconductores son fuertes y se pueden configurar para que permanezcan herméticos ante las condiciones del medio externo. Junto con su tamaño reducido, estas características permiten que grandes circuitos ocupen un espacio mínimo.

¿Cuáles son los elementos más utilizados para fabricar semiconductores?

El silicio y, en menor grado, el germanio, son los materiales con los que actualmente se construyen los dispositivos semiconductores. Predomina el silicio, por ser menos sensible al calor.

Explique brevemente el proceso para fabricar semiconductores a partir de cristales de silicio o germanio

Antes de fabricar con ellos materiales semiconductores eficientes, el germanio y e l silicio deben someterse a un proceso de alta purificación. En su estado original la conductividad de estos semiconductores es muy baja; es decir su resistividad es elevada. Para aumentar la conductividad del germanio y del silicio se añaden cantidades minúsculas de ciertas " impurezas". Al añadir estas impurezas se puede controlar la conductividad de estos elementos.

Explique y realice un esquema de la corriente de electrones y la corriente de huecos.

Cuando un electrón pasa de la banda de valencia a la banda de conducción, deja una vacante o hueco en la banda de valencia. Sí aplicamos un voltaje V al material, el electrón (de la banda de valencia) se mueve hacia el + de la fuente, dejando un hueco (en la banda de valencia) Los huecos aparentemente se mueven hacia el - de la fuente.

¿Cuál es la utilidad de “dopar” a un semiconductor?

La adición de diversas cantidades y variedades de impurezas o contaminación modifica la estructura del enlace electrónico de los átomos de estos elementos y les proporcionan portadores de corriente que aumentan su conductividad.

Explique cuál es el propósito y resultado de añadir impurezas al silicio o germanio

Impurezas tales como el arsénico y el antimonio aumentan la conductividad del silicio al incrementar la cantidad de portadores (electrones libres) de carga negativos (N). Debido a lo anterior, el silicio contaminado con arsénico o con antimonio se conoce como tipo N. El silicio tipo N contiene algunas cargas positivas (huecos) pero son la minoría y se les conoce como portadores minoritarios. Se puede considerar que el flujo de corriente en el silicio tipo N se porta por los electrones libres, que son los portadores mayoritarios.Impurezas tales como el indio y el galio elevan la conductividad del silicio mediante el incremento del número de portadores de carga positivos (P. huecos). El silicio contaminado con indio o con galio se conoce como tipo P. El silicio tipo P contiene algunos electrones libres pero se trata de portadores minoritarios. Se puede considerar que el flujo de la corriente en el silicio tipo P se lleva a cabo mediante huecos que son portadores mayoritarios.

Explique las tres aproximaciones del modelo del diodo

Debido al comportamiento unidireccional del diodo podría considerarse de manera ideal como un corto circuito cuando tiene polarización directa y como un circuito abierto cuando tiene polarización inversa. Esto se conoce como aproximación de diodo ideal.

La segunda aproximación de un diodo tiene en cuenta el voltaje de umbral. Es decir el comportamiento en polarización directa del diodo se considera como un cono circuito conectado en serie con una batería de 0.7 V.

En la tercera aproximación de las características de un diodo, la resistencia másica, responsable de un consumo adicional del potencial de voltaje se tiene en cuenta en el circuito de diodo.

Existen tres aproximaciones muy usadas para los diodos de silicio, y cada una de ellas es útil en ciertas condiciones.

1ª Aproximación (el diodo ideal)

La exponencial se aproxima a una vertical y una horizontal que pasan por el origen de coordenadas. Este diodo ideal no existe en la realidad, no se puede fabricar por eso es ideal.

Polarización directa: Es como sustituir un diodo por un interruptor cerrado.

Polarización inversa: Es como sustituir el diodo por un interruptor abierto.

Como se ha visto, el diodo actúa como un interruptor abriéndose o cerrándose dependiendo si esta en inversa o en directa. Para ver los diferentes errores que cometeremos con las distintas aproximaciones vamos a ir analizando cada aproximación.

2ª Aproximación

La exponencial se aproxima a una vertical y a una horizontal que pasan por 0,7 V (este valor es el valor de la tensión umbral para el silicio, porque suponemos que el diodo es de silicio, si fuera de germanio se tomaría el valor de 0,3 V).

El tramo que hay desde 0 V y 0,7 V es en realidad polarización directa, pero como a efectos prácticos no conduce, se toma como inversa. Con esta segunda aproximación el error es menor que en la aproximación anterior.

Polarización directa: La vertical es equivalente a una pila de 0,7 V.

Polarización inversa: Es un interruptor abierto.

Como se ve estos valores son distintos a los de la anterior aproximación, esta segunda aproximación es menos ideal que la anterior, por lo tanto es más exacta, esto es, se parece más al valor que tendría en la práctica ese circuito.

3ª Aproximación

La curva del diodo se aproxima a una recta que pasa por 0,7 V y tiene una pendiente cuyo valor es la inversa de la resistencia interna.

El estudio es muy parecido a los casos anteriores, la diferencia es cuando se analiza la polarización directa:

Dibuje el modelo de la estructura atómica del cobre, analice por qué es un buen conductor.

El número atómico del cobre es 29. Esto significa que en el núcleo hay 29 protones (cargas positivas) y girando alrededor de él hay 29 electrones girando en diferentes órbitas.

En cada órbita caben 2n2 siendo n un número entero n = 1, 2, 3, ... Así en la primera órbita (n = 1) caben 2*12 = 2 electrones. En la segunda órbita 2•22 = 8 electrones. En la tercera órbita 2•32 = 18 electrones. Y la cuarta órbita solo tiene 1 electrón aunque en ella caben 2•42 = 32 electrones.

Lo que interesa en electrónica es la órbita exterior, que es la que determina las propiedades del átomo. Por ello vamos a agrupar el núcleo y las órbitas internas, y le llamaremos parte interna. En el átomo de cobre la parte interna es el núcleo (+ 29) y las tres primeras órbitas (- 28), con lo que nos queda la parte interna con una carga neta de +1.

Como el electrón de valencia es atraído muy débilmente por la parte interna, una fuerza externa puede liberarlo fácilmente, por eso es un buen Conductor. Nos referiremos a ese electrón de valencia, como electrón libre.

Lo que define a un buen conductor es el hecho de tener electrónes en la órbita de valencia

Escriba los símbolos de los tipos de diodos.

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