INFORME TÉCNICO DE LA ELABORACIÓN DE PROTOTIPO DIDÁCTICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

INFORME TÉCNICO DE LA ELABORACIÓN DE PROTOTIPO DIDÁCTICO

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FÍSICA IV

CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS                                                                                          I

INTRODUCCIÓN                                                                                           II

ÍNDICE                                                                                                                                    III

UNIDAD  I  

FUNDAMENTOS DE SEMICONDUCTORES                                                

• 1.1 El Estado Cristalino, Redes Cristalinas y Crecimiento de Cristales en Semiconductores…….…………………………………………………………………7
• 1.2 Materiales Semiconductores …………………………………………………..…11
• 1.3 Modelo de Enlace Covalente …………………………………………………….13
• 1.4 Materiales Intrínsecos, Materiales Extrínsecos…………………………………..14
• 1.5 Modelo de Bandas de Energía …………………………………………………...18
• 1.6 Distribución de Fermi Dirac Y Distribución de Maxwell- Boltzman …………...21
• 1.7 Nivel de Fermi En Materiales Intrínsecos Y Extrínsecos ……………………….24
• 1.8 Conductividad, Movilidad, Proceso de Difusión ………………………………..27
• 1.9 Ecuaciones de Continuidad………………………………………………………29

UNIDAD II

UNIÓN PN

• 2.1 Semiconductor P y semiconductor N  …………………………………………...31
• 2.2 Unión P-N en estado de equilibrio   ……………………………………………...34

                  2.2.1 Concentración de los portadores de carga en la unión   ……………………36

                   2.2.2 Distribución volumétrica de carga en la zona de transición………………...37

2.2.3 Campo eléctrico... ……… ………………………………………………….38

2.2.4 Potencial de contacto ……………………………………….……………….39

2.2.5 Capacitancia...……………………………………………………………….40        

• 2.3 Condiciones de polarización    ……………………………………………………42

2.3.1 Polarización directa..….……………………………………………………..42

2.3.2 Polarización inversa   ……………………………………………………….43

• 2.4 Fenómenos de ruptura  …………………………………………………………...44

2.4.1 Ruptura por multiplicación o avalancha…………………………………….44

2.4.2 Ruptura Zener……………………………………………………………….45

• 2.5 Técnicas de fabricación de dispositivos de unión………………………………...45

UNIDAD III

DISPOSITIVOS DE UNIÓN                                        

• 3.1Diodo Rectificador …………………………………….………………………….48
• 3.2Diodo Zener ………………………………………………………………………54
• 3.3Diodo Túnel ………………………………………………………………………60
• 3.4Diodo Varactor ……………………………………………………………………62
• 3.5Diodo Pin ………………………………………………………………………….63
• 3.6Diodo Schottky ……………………………………………………………………63
• 3.7Dispositivos Ópticos……………………………………………………………….64

3.7.1 Fotodiodo……………………………………………………………………64

3.7.2 Diodo emisor de luz…………………………………………………………64

3.7.3 Diodo láser…………………………………………………………………..66

3.7.4 Celda fotovoltaica…………………………………………………………...68

3.7.5 Fotorresistencias……………………………………………………………..71

UNIDAD IV  

DISPOSITIVOS BIPOLARES Y MONOPOLARES

• 4.1 Dispositivos Bipolares…………………………………………………………….73

4.1.1 Funcionamiento del transistor BJT………………………………………….73

4.1.2 Polarización del transistor bipolar BJT……………………………………...74

4.1.3 Aplicaciones básicas    ……………………………………………………...76

• 4.2 Dispositivos Monopolares………………………………………………………...89

      4.2.1 Estructura y construcción de los FET……………………………………….89

4.2.2 Funcionamiento del FET…………………………………………………….90

4.2.3 Funcionamiento del MOSFET………………………………………………93

PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO DIDÁCTICO……………97

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………………………98                                                      

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………….99                                

INTRODUCCIÓN

Con el propósito de proporcionar  nuevas formas que  faciliten el aprendizaje  de la materia de Física IV (Física de semiconductores), se ha preparado este programa interactivo.

Dicho programa contiene información general sobre: conceptos básicos y definiciones de los semiconductores sus usos y sus aplicaciones como también circuitos prácticos  para su realización en el laboratorio.

Con respecto al uso de los semiconductores se proporciona información detallada  sobre  los  conceptos  de: diodos y transistores.

Todo lo anterior con el fin de  ayudar al alumno en la comprensión y aplicación de los conceptos antes mencionados; y de proporcionar a los profesores de esta área una herramienta más para  impartir el conocimiento.

FUNDAMENTOS DE SEMICONDUCTORES

1. El estado cristalino, redes cristalinas y crecimiento de cristales en semiconductores

            Cristal, porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida y con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente dispuestas.

             Los cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido; esta formación  puede resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia disuelta o la condensación  directa de un gas en un sólido. Los ángulos entre las caras correspondientes de dos cristales de la misma sustancia son siempre idénticos, con independencia del tamaño o de la diferencia de forma superficial.

             La mayoría de los materiales sólidos no metálicos con los que uno a diario está en  contacto, encuentra que no hay diferencia característica entre su forma externa y la de casi todos los objetos metálicos. De aquí que resulte bastante sorprendente para la mayoría  de la gente saber que los materiales metálicos poseen una estructura cristalina, mientras  que materiales como la madera, plásticos, papel, vidrio y otros no la poseen, éste tipo de  materiales tienen un arreglo al azar en sus partículas de manera que logran rigidez a la temperatura ambiente.

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