Facultad de Ciencias Naturales e

IngenieríasUnidades Tecnológicas de Santander

Electrónica I

Mg. Mónica Rocío Ordóñez Rodríguez

ELECTRÓNICA I

AGENDA DE TRABAJO

❖ Introducción

❖ Semiconductores

❖ Enlace covalente y materiales intrínsecos

❖ Materiales extrínsecos: materiales tipo n y tipo p

❖ Diodo semiconductor

Mg. Mónica Rocío Ordóñez Rodríguez

Introducción!¿Qué es la Electrónica?Campo de la ciencia y la ingeniería, que se ocupa de los dispositivos de electrones y su utilización.

https://sivytec.com/electronica-definicion-concepto/

Ingeniería de Telecomunicaciones

SEMICONDUCTORES

“El término "semiconductor" fue utilizado por primera vez por

Alessandro Volta en 1782. Michael Faraday fue la primera persona en observar un efecto semiconductor en 1833. Faraday

observó que la resistencia eléctrica del sulfuro de plata disminuía con la temperatura.

SEMICONDUCTORES

Para comprender cómo funcionan los diodos, los transistores y loscircuitos integrados es necesario estudiar primero lossemiconductores: materiales que no son ni conductores niaislantes. Los semiconductores contienen algunos electroneslibres, pero lo que les hace especiales es la presencia de huecos.

Los semiconductores son una clase especial de elementos cuyaconductividad se encuentra entre la de un buen conductor y la deun aislante.

Los tres semiconductores más frecuentemente utilizados en laconstrucción de dispositivos electrónicos son Ge, Si y GaAs.

SEMICONDUCTORES

Conductores Aislantes Semiconductores

Definición Materiales que permiten elmovimiento de cargaseléctricas.

Materiales que impiden elpaso de cargas eléctricas.

Materiales que pueden permitir eimpedir el paso de la energíaeléctrica.

Funciones Conducir la electricidad de unpunto a otro.

Proteger las corrienteseléctricas del contacto conlas personas y con otrascorrientes.

Conducir electricidad, solo bajocondiciones específicas y en unsentido.

Materiales Oro, plata, cobre, metales,hierro, mercurio, plomo,entre otros.

Goma, cerámica, plástico,madera, entre otros.

Silicio, germanio, azufre, entreotros.

MATERIALES SEMICONDUCTORES: Ge, Si Y GaAS

1970195419491939

Descubrimiento del diodoSe presentó el primertransistor de silicio

Descubrimiento del Transistor

Desarrollo del primertransistor de GaAs

Se utilizaba germanio: fácil de encontrar, disponible engrandes cantidades y fácil de refinar para obtenerniveles muy altos de pureza. Pero era poco confiables,sobre todo por su sensibilidad a los cambios de latemperatura.

Silicio: menos sensible a latemperatura, sino que es unode los materiales másabundantes en la Tierra,

Este nuevo transistoroperaba a velocidadeshasta de cinco veces ladel Si.

ENLACE COVALENTE Y MATERIALES

INTRÍNSECOS

“Gilbert Newton Lewis postuló en 1916 la regla del octeto, por la que se establece que la tendencia de los iones de los elementos es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de

8 electrones.

Enlace Covalente

Se llama enlace covalente a un tipo de enlace químico que ocurrecuando dos átomos se enlazan para formar una molécula,compartiendo electrones pertenecientes a su capa de valencia oúltimo nivel de energía, alcanzando gracias a ello el conocido“octeto estable”, conforme a la “regla del octeto ” propuesto porGilbert Newton Lewis sobre la estabilidad electrónica de losátomos.–

Fuente: https://concepto.de/enlace-covalente/

Un material semiconductor hecho sólo deun único tipo de átomo, se denominasemiconductor intrínseco.

Enlace Covalente y Materiales Intrínsecos

❑ Todo átomo se compone de tres partículas básicas: electrón, protón y neutrón.❑ En la estructura entrelazada, los neutrones y los protones forman el núcleo; los electrones aparecen en órbitas fijas alrededor

de éste.

Los átomos que tienen cuatro electrones de valencia se llamantetravalentes; los de tres se llaman trivalentes, y los de cinco se llamanpentavalentes.

Enlace Covalente y Materiales Intrínsecos

En un cristal desilicio o germaniopuros, los cuatroelectrones devalencia de unátomo forman unarreglo de enlacecon cuatro átomosadyacentes

Este enlace de átomos, reforzado por compartir electrones, se llama enlace covalente.

El GaAs (Arseniuro de Galio)es un semiconductorcompuesto, haycompartición entre los dosátomos diferentes: el átomode As aporta cincoelectrones y el átomo de Gatres.

Enlace Covalente y Materiales Intrínsecos

ASPECTOS IMPORTANTES:

❑Cada átomo de un semiconductor tiene 4 electrones en su órbita externa(electrones de valencia), que comparte con los átomos adyacentesformando 4 enlaces covalentes.

❑De esta manera cada átomo posee 8 electrones en su capa más externa,formando una red cristalina, en la que la unión entre los electrones y susátomos es muy fuerte.

❑ los electrones no se desplazan fácilmente, y el material encircunstancias normales se comporta como un aislante.

Enlace Covalente y Materiales Intrínsecos

ASPECTOS IMPORTANTES:

❑Al aumentar la temperatura, los electrones ganan energía, por lo quealgunos pueden separarse del enlace e intervenir en la conduccióneléctrica.

❑La resistividad de un semiconductor disminuye con la temperatura (suconductividad aumenta).

❑A temperatura ambiente, algunos electrones de valencia absorbensuficiente energía calorífica para librarse del enlace covalente y moverse através de la red cristalina, convirtiéndose en electrones libres.

Enlace Covalente y Materiales Intrínsecos

ASPECTOS IMPORTANTES:

❑Cuando un electrón libre abandona el átomo de un cristal de silicio, dejaen la red cristalina un hueco

❑Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores.

❑La conducción eléctrica a través de un semiconductor es el resultado delmovimiento de electrones (de carga negativa) y de los huecos (cargaspositivas) en direcciones opuestas al conectarse a un generador.

MATERIALES EXTRÍNSECOS:

MATERIALES TIPO N Y TIPO P

“Un semiconductor es un material que en función de varios factores

permite el paso de corriente eléctrica o no, siendo especialmente

usado en la fabricación de componentes electrónicos que

encontramos en la totalidad de dispositivos tecnológicos.http://pelandintecno.blogspot.com/2014/04/semiconductores-intrinsecos-y.html

Materiales Extrínsecos

Para mejorar las propiedades de los semiconductores, se les somete a un proceso de impurificación(llamado dopaje), consistente en introducir átomos de otros elementos con el fin de aumentar suconductividad.

El semiconductor obtenido se denominará semiconductor extrínseco. Según la impureza (llamadadopante) distinguimos:

MATERIAL TIPO P

MATERIAL TIPO N

Materiales Extrínsecos: Material tipo n

Tanto los materiales tipo n como los tipo p se forman agregando un númeropredeterminado de átomos de impureza a una base de silicio.

Un material tipo n se crea introduciendo elementos de impureza quecontienen cinco electrones de valencia (pentavelantes), como el antimonio,el arsénico y el fósforo.

Impureza de antimonio en un material tipo n.

El donante aporta electrones enexceso, los cuales al no encontrarseenlazados, se moverán fácilmentepor la red cristalina aumentando suconductividad. De ese modo, elmaterial tipo N se denominatambién donador de electrones.

Materiales Extrínsecos: Material tipo p

El material tipo p se forma dopando un cristal de germanio o silicio puro conátomos de impureza que tienen tres electrones de valencia. Los elementos másutilizados para este propósito son boro, galio e indio.

Puesto que no aportan los 4 electrones necesarios para establecer los 4 enlacescovalentes, en la red cristalina éstos átomos presentarán un defecto deelectrones (para formar los 4 enlaces covalentes).

Impureza de boro en un material tipo n.

De esa manera se originan huecos queaceptan el paso de electrones que nopertenecen a la red cristalina. Así, almaterial tipo P también se ledenomina donador de huecos (oaceptador de electrones).

Materiales Extrínsecos

Flujo de electrones contra flujo de huecos

Si un electrón de valencia adquiere suficiente energíacinética para romper su enlace covalente y llenar el vacíocreado por un hueco, entonces se creará un vacío ohueco en la banda covalente que cedió el electrón.

Existe, por consiguiente, una transferencia de huecoshacia la izquierda y de electrones hacia la derecha

Materiales Extrínsecos

Portadores mayoritarios y minoritarios

En un material tipo n, el número de huecos nocambia significativamente con respecto a este nivelintrínseco. El resultado neto, por consiguiente, esque el número de electrones sobrepasa por muchoal de huecos.

En un material tipo n el electrón se llama portadormayoritario y el hueco portadorminoritario.

Materiales Extrínsecos

Portadores mayoritarios y minoritarios

En el material tipo p el número de huecos excedepor mucho al de electrones.

En un material tipo p, el hueco es el portadormayoritario y el electrón el minoritario.

DIODO SEMICONDUCTOR

“¿Cuándo se crearon los diodos?

El invento fue realizado en 1904 por John Ambrose Fleming,

de la empresa Marconi, basándose en observaciones

realizadas por Thomas Alva Edison.

http://www4.ujaen.es/~egimenez/FUNDAMENTOSFISICOS/Diodo.pdf

DIODO SEMICONDUCTOR

El diodo semiconductor, se crea uniendo un material tipo n a un material tipo p; Es decir, sólo la unión de un material con unportador mayoritario de electrones a uno con un portador mayoritario de huecos.

DIODO SEMICONDUCTOR

Sin polarización aplicada (V = 0 V)

Los electrones y los huecos en la región de launión se combinan y provocan una carenciade portadores libres en la región próxima a launión.

Sin ninguna polarización aplicada a través de un diodo semiconductor, el flujo neto de carga en una dirección es cero.

DIODO SEMICONDUCTOR

Condición de polarización en directa (VD>0 V) La aplicación de un potencial de polarización en directa VD“presionará” a los electrones en el material tipo n y a los huecos en elmaterial tipo p para que se recombinen con los iones próximos allímite y reducirá el ancho de la región de empobrecimiento.

Is es la corriente de saturación en inversaVD es el voltaje de polarización en directa aplicado a través del

diodon es un factor de idealidad, el cual es una función de las

condiciones de operación y construcción física; varía entre 1 y 2 según una amplia diversidad de factores.

k es la constante de Boltzmann 1.38 * 10^-23 J/KT es la temperatura absoluta en Kelvin= 273 + la temperatura en °C.q es la magnitud de la carga del electrón 1.6 *10^-19 C.

Voltaje térmico

DIODO SEMICONDUCTOR

Condición de polarización en inversa (VD<0 V)

✓ Si se aplica un potencial externo de V volts a través de la uniónp-n con la terminal positiva conectada al material tipo n y lanegativa conectada al material tipo p, el número de ionespositivos revelados en la región de empobrecimiento delmaterialtipo n se incrementará por la gran cantidad deelectrones libres atraídos por el potencial positivo del voltajeaplicado. Por las mismas razones, el número de ionesnegativos no revelados se incrementará en el material tipo p.

✓ El efecto neto, por consiguiente, es una mayor apertura de laregión de empobrecimiento, la cual crea una barrerademasiado grande para que los portadores mayoritarios lapuedan superar, por lo que el flujo de portadores mayoritariosse reduce efectivamente a cero.

La corriente en condiciones de polarización en inversa se llamacorriente de saturación en inversa y está representada por Is.

DIODO SEMICONDUCTOR

Características del diodo semiconductor de silicio.