diapositivas semiconductores

5/10/2018 DIAPOSITIVAS SEMICONDUCTORES - slidepdf.com

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TEMA:

SEMICONDUCTORES

Dr. Henry CornejoSalazar



1. Introducción2. Conductor, aislante y semiconductor:

1. Bandas de energía

3. Conducción intrínseca y extrínseca:1. Conducción extrínseca N2. Conducción extrínseca P

4. La unión P-N5. Aplicaciones:

1. Transistores2. Termistores

6. Conclusiones



INTRODUCCIÓN

Átomo: estructura

Ne-

e-

e-

e-

e-

e-

e- e-

e-

Borde del núcleo

1er nivel de energía

2o nivel de energía


r1

r3

r2

r = radio orbital

r



Bandas de energía

Ne-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

Ne-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

Ne-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

Si

SiSiSi

Si Si

Átomos de silicio

Cristal de silicio

Borde del núcleo


2o nivel de energía


r1

r3

r2

Niveles de energía de los átomos

Banda de valencia

Banda de conducción

Bandas de energía del cristal

CONDUCTOR, AISLANTE Y SEMICONDUCTOR



Banda de valencia

llena


vacía

Banda prohibida6 eVBanda de

conducción

Banda de

valencia

1 eV


vacía

Banda prohibida

Banda de valencia

llena

Conductor Aislante Semiconductor



CONDUCCIÓN INTRÍNSECA Y EXTRÍNSECA

Conducción intrínseca

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si Si

Si

0ºKC, Si, Ge

Grupo IV de latabla periódica

1s2

2s2 2p2

3s2 3p2 3d10

4s2 4p2

Faltan 4 electronesen la última capa



CONDUCCIÓN INTRÍNSECA Y EXTRÍNSECA

Conducción intrínseca

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si Si

Si

0ºK

300ºK+

Electrón Hueco

Mayor temperatura

Más portadoresde carga

Menor resistencia



Acción del campo eléctrico

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si Si

Si

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

+



Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si Si

Si

Impurezas del grupoV de la tablaperiódica (Sb):

1s22s22p63s23p64s2 3d104p65s24d105p3

Faltan 3 electrones

en la última capa

Sb

Esnecesaria

muy pocaenergíaparaionizar elátomo deSb

+

A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas seencuentran ionizados

+

Conducción extrínseca

Fabricación de cristal tipo N




Fabricación de cristal tipo N

Sb

Sb

Sb Sb Sb

Sb

SbSb

Sb

Sb

Sb

Sb

Sb

Sb

Sb

Sb

Impurezasgrupo V

300ºK

+

+

+ + +

+

++

+

+

+

+

+

+

+

+

ElectroneslibresCarga móvil

Átomos de impurezasIonizadosCarga estática

Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N sonelectrones libres. Actúan como portadores de carga negativa

Los portadores minoritarios de carga en un semiconductor tipo N sonHuecos. Actúan como portadores de carga positiva.

HuecoslibresCarga móvil




Fabricación de cristal tipo P

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si Si

Si

Al: aluminioImpurezas delgrupo III de la tablaperiódica:

1s22s22p63s23p1

Faltan 5 electronesen la última capa

Al

Es necesariamuy poca

energía paraionizar elátomo de Al -+

A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas seencuentran ionizados

+




Fabricación de cristal tipo P

Al

Al

Al Al

Al

Al

Al Al

Al

Al

Al

Al

Al

Al

Al

Al

Impurezasgrupo III

300ºK

-

-

--

-

-

--

-

-

-

-

-

-

-

-

Huecos libresCarga móvil

Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo P sonHuecos. Actúan como portadores de carga positiva.

Los portadores minoritarios de carga en un semiconductor tipo P sonElectrones. Actúan como portadores de carga negativa.

Electroneslibres

Carga móvil



UNIÓN P-N

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

- +

+

+ + +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

Exceso de electrones y de huecos en un semiconductor N y en uno P



UNIÓN P-N

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

-

-

-

- +

+

+ +

+

+-

Zona de transición

Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de cargaespacial denominada ‘zona de transición’. Que actúa como una barrera para elpaso de los portadores mayoritarios de cada zona.



Unión P-N polarizada inversamente

-

-

-

-

--

-

-

+

+

++

+

+

+

-

-

-

- +

+

+ +

+

-

-

-

-

+

+

+

+

+

La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no haycirculación de corriente por parte de los mayoritarios.

P N



Unión P-N polarizada inversamente

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+

++

+

+

+

-

-

-

- +

+

+ +

+

-

-

-

-

+

+

+

+

+

La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa haycirculación de corriente por parte de los minoritarios Corriente inversa muybaja (µ A-pA)

P N

+ - + -



Unión P-N polarizada directamente

La zona de transición se hace más pequeña. La corriente comienza acircular a partir de un cierto umbral de tensión directa

-

-

-

-

--

-

-

+

+

++

+

+

+

-

-

-

- +

+

+ +-

-

-

-

+

+

+

+

+P N

+



Unión P-N polarizada directamente

+ -

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+

++

+

+

+

-

-

-

- +

+

+ +-

-

-

-

+

+

+

+

+

La recombinación electrón-hueco hace que la concentración de electronesen la zona P disminuya al alejarse de la unión.

P N

+

Concentración de huecos Concentración de electrones



APLICACIONES DE SEMICONDUCTORES

Los transistores:

Permiten procesar los impulsoseléctricos a un ritmo más rápido enun modo binario de interrupción ypaso, con lo que se posibilitó lacodificación de la lógica y lacomunicación con las máquinas yentre ellas. Aplicaciones:

Marcapaso



Los termistores:

Por su pequeño tamaño, altasensibilidad y rapidez, son muy

utilizados en la medición detemperatura, y su valor de resistividadvaria según ésta. Sin embargo trabajanen un rango de temperatura limitado (-40ºC a 300ºC) y hay que controlar quela corriente que circula por el termistor

no sea suficiente para producir unexcesivo autocalentamiento.Ejemplo: Anemómetro

APLICACIONES DE SEMICONDUCTORES



Laser diodo:

Quitar tumores(de cerebro o hígado) Cauterizar también los vasos linfáticos Actúa sobre las terminaciones nerviosas y de esta

forma se reduciría el dolor postoperatorio Uso cosmético en cirugía estética o plástica

Cirugía Láser oftalmológica (uso en miopía,astigmatismo e hipermetropía)

Genera de esta forma una lesión controlada

destruye el tejido afectado y produce cicatriz



La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos deportadores de carga: HUECOS y ELECTRONES

La temperatura afecta fuertemente a las propiedades eléctricas delos semiconductores.

La conducción intrínseca es dependiente de la temperatura.

La conducción extrínseca depende del grado de dopado odensidad de donadores / aceptadores.

CONCLUSIONES

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