Semiconductores. Características

SEMICONDUCTORES:

Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el Silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno.

*Características:

1. Es un elemento con propiedades eléctricas entre las de un conductor y un aislante.
2. Los semiconductores suelen ser aislantes a cero grados Kelvin, y permiten el paso de corriente a la temperatura ambiente.
3.  Cuando un semiconductor posee impurezas se dice que está dopado.
4. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos integrados, etc.
5. Los aislantes poseen muy pocas cargas móviles y, en consecuencia, presentan una resistencia muy alta al paso de la corriente (idealmente una resistencia infinita).
6. Los semiconductores tienen valencia 4, esto es 4 electrones en órbita exterior ó de valencia.
7. Los semiconductores intrínsecos a temperatura ambiente producen unas corrientes insignificantes por lo que se les añaden otros cuerpos para aumentarlas.
8. Sometiendo a un semiconductor extrínseco a una diferencia de potencial se produce en él una circulación de portadores más importante que en el semiconductor intrínseco, a consecuencia del mayor número de portadores libres.

[pic 1]

• IGBT:

Es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. La sigla IGBT corresponde a las iniciales de isolated gate bipolar transistor o sea transistor bipolar de puerta de salida.[pic 2]

*Características:

1. Es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones.
2. Es usado en aplicaciones de altas y medias, energía como fuente conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción.
3. Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington híbrido.
4. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutación de la base pueden ser igualmente altas
5. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión.
6. La tensión de control de puerta es de unos 15 V.
7. Posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo.
8.  El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.
9. Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces, en particular en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia.

• BJT:

Es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. Es un componente semiconductor que puede estar constituido por cristales de Germanio o Silicio.[pic 3]

*Características:

1. Puede eventualmente trabajar en tres regiones, las cuales son: Region activa, region de saturación y región de ruptura.
2. Cuando un transistor BJT trabaja en región activa, quiere decir que está trabajando como amplificador de una señal
3. Un transistor de juntura bipolar está formado por dos junturas PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha.
4. En su funcionamiento normal, la juntura base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa.
5. Físicamente el conductor está constituido por tres regiones semiconductoras: emisor, base y colector
6. El modo normal de hacer operar a un transistor es en la zona directa.
7. Se caracteriza porque la corriente de salida es controlada por la corriente de entrada y amplificada en un factor llamado β.
8. El comportamiento de un BJT puede analizarse a través de sus curvas características, de forma similar a como se hace con el diodo de unión.
9. El BJT se comporta como un gran nodo en el cual se cumple la Ley de Kirchhoff.

• SBS:

Es un tiristor del tipo bidireccional, que está compuesto por dos tiristores unidireccionales o SUS conectados en antiparalelo. El SBS es utilizado en circuitos osciladores de relajación para el control de disparo de dispositivos que entregan potencia eléctrica a una carga, como los SCR y los TRIAC.[pic 4]

[pic 5]

*Características:

1. Pueden dispararse tanto en el semiciclo positivo como en el negativo de una fuente de voltaje de corriente alterna, debido a que pueden polarizarse directa e inversamente.
2. El SBS cuenta con tres conexiones: la compuerta (G), el ánodo o terminal 1 (A1 o T1) y el ánodo o terminal 2 (A2 o T2). 
3. No es una versión modificada de un diodo con sus capas NPNP, sino más bien está compuesto internamente por transistores, diodos Zener y resistencias internas, y que además vienen fabricados como circuitos integrados.
4. Un SBS puede dispararse con la compuerta conectada o desconectada; esta terminal solamente proporciona mayor flexibilidad en el disparo y por tanto altera sus características de voltaje-corriente.
5. La curva del SBS tiene una región de resistencia negativa más pronunciada, lo que significa que su caída de voltaje es mucho más drástica después de llegar a su estado de conducción.
6. Además de su caída de voltaje más drástica debido a su región de resistencia negativa, lo cual permite una conmutación más rápida, el SBS es mucho más estable térmicamente y más simétrico que su familiar cercano, el DIAC.
7. Estabilidad térmica: Esto significa que ante incrementos de temperatura, el SBS mantiene un voltaje muy estable.
8. Simetría: Cuando se menciona que el SBS es simétrico, es porque los voltajes de ruptura en los semiciclos positivos y negativos son iguales o casi iguales.

• MOSFET:

Es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas. Es además llamado transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor.

Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica, ya sea en circuitos analógicos o digitales, aunque el transistor de unión bipolar fue mucho más popular en otro tiempo.

[pic 6][pic 7]

*Características:

1. Es un dispositivo de cuatro terminales llamadas surtidor (S), drenador (D), compuerta (G) y sustrato (B), el sustrato generalmente está conectado internamente a la terminal del surtidor, y por este motivo se pueden encontrar dispositivos de tres terminales similares a otros transistores de efecto de campo.
2. Los MOSFET de enriquecimiento se basan en la creación de un canal entre el drenador y el surtidor, al aplicar una tensión en la compuerta.
3. Los MOSFET de empobrecimiento tienen un canal conductor en su estado de reposo, que se debe hacer desaparecer mediante la aplicación de la tensión eléctrica en la compuerta, lo cual ocasiona una disminución de la cantidad de portadores de carga y una disminución respectiva de la conductividad.
4. Se basa en controlar la concentración de portadores de carga mediante un condensador MOS existente entre los electrodos del sustrato y la compuerta. 
5. La operación de un transistor MOSFET se puede dividir en tres diferentes regiones de operación, dependiendo de las tensiones en sus terminales: Corte, Región Lineal y Saturación.
6. La forma más habitual de emplear transistores MOSFET es en circuitos de tipo CMOS, consistentes en el uso de transistores PMOS y NMOS complementarios.
7. Las dimensiones más importantes en un transistor MOSFET son la longitud del canal (L) y el ancho de la compuerta (W).
8. Las dificultades de reducir el tamaño del MOSFET se han asociado con el proceso de fabricación de los dispositivos semiconductores, la necesidad de utilizar tensiones cada vez más bajas, y con bajo desempeño eléctrico, requiriendo el rediseño de los circuitos y la innovación

• DIAC:

Es un dispositivo bidireccional simétrico (sin polaridad) con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo.

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