Diodos i

Circuitos Electrónicos I

Juan Felipe Monsalve Posada Ingeniero Electrónico

[email protected] Candidato a Magister ITM

mailto:[email protected]

TEMATICA

• Física de Semiconductores:

– Modelos

– Niveles de Energía

– Materiales Intrínsecos y Extrínsecos

– Material Tipo n y p.

– Diodo Unión

– Polarizaciones

INTRODUCCIÓN A LOS SEMICONDUCTORES [1]

• Para 1913 el físico Danés Niels Bohr desarrolló una hipótesis que cuantizaba las capas en las que el átomo se encuentra girando. La primera capa se llena con dos electrones, en la segunda ocho y en las capas siguientes habrán cada vez más electrones. Los electrones mas externos determinan las características atómicas, la ultima capa posee un máximo de ocho electrones.

INTRODUCCIÓN A LOS SEMICONDUCTORES

• Tipos de materiales

– Conductor es cualquier material que soporte un flujo alto de corriente cuando se aplica una fuente de voltaje de magnitud limitada a través de sus terminales, ρ < 10−3.

– Aislante es un material que ofrece un nivel muy pobre de conducción bajo la tensión de una fuente de voltaje aplicada, 105 < ρ.

– Semiconductor es un material que tiene un nivel de conductividad situado entre los casos extremos de un aislante y un conductor. A bajas temperaturas se comporta como aislante y a altas temperaturas como conductor, 10−3 < ρ < 105


Elemento Grupo Electrones en la última capa

Cd(Cadmio) II B 2 e-

Al, Ga(Galio), B(Boro), In(Indio)

III A 3 e-

Si, Ge IV A 4 e-

P, As(Arsenico), Sb(Antimonio)

V A 5 e-

Elementos semiconductores

Mediante el empleo de silicio y otros materiales semiconductores , en la actualidad es posible fabricar CI que cuenta con mas de 1000 millones de componentes electrónicos en una sola matriz de 2cm x 2cm


• La estabilidad está determinada por el número de valencia. Los elementos con 5 o más electrones de valencia son buenos aislantes como el fósforo, puesto que tienden a capturar los electrones y no a cederlos. Los átomos con menos de 4 electrones como el aluminio tienden a liberarlos, a fin de vaciar su capa de valencia y utilizar como tal la capa que ya esta llena. Estos átomos constituyen los mejores conductores. Cuando se aplica energía a un átomo por medio de calor, voltaje o por cualquier otro medio, la capa que capta la energía primeramente es la de valencia.

• Cuando se unen átomos de semiconductores como el Silicio(Si) o el Germanio (Ge) se conforma una estructura cristalina uniforme debido a que este posee 4 electrones en la capa de valencia los cuales se unen independientemente a otros cuatro átomos de silicio fig1.


• Niveles de Energía: En la estructura atómica aislada existen niveles de energía discretos (individuales) asociados con cada electrón en una órbita.

• Nota: El electronvoltio (símbolo eV), es una unidad de energía que toma un electrón cuando es acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio. Dicho valor se obtiene experimentalmente y equivale aproximadamente a. 1,602176462 × 10-19 J.

INTRODUCCIÓN A LOS SEMICONDUCTORES [1]

• Para aumentar o disminuir la cantidad de electrones que circulan por el cristal, debemos agregarle impurezas o átomos de otras valencias al cristal de Silicio, Germanio u otro semiconductor.

• Si queremos agregar huecos, agregamos átomos de aluminio que poseen 3 electrones en la capa de valencia o si queremos agregar electrones o cargas negativas, inyectamos átomos de fósforo u otro elemento con más de 4 electrones en capa de valencia.


• Semiconductores intrínsecos: son aquellos semiconductores que han sido cuidadosamente refinados para reducir las impurezas a un nivel muy bajo, esencialmente tan puro como se puede obtener a través de la tecnología moderna.

• Semiconductores extrínsecos: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Existen dos materiales extrínsecos de gran importancia para la fabricación de dispositivos semiconductores: el tipo n y el tipo p.


• Material tipo n: Tanto el material tipo n como el tipo p se forman mediante la adición de un número predeterminado de átomos de impureza al germanio o al silicio. El tipo n se crea a través de la introducción de elementos de impureza que poseen cinco electrones de valencia (pentavalentes), como el antimonio, arsénico y fósforo. El efecto de estos elementos impuros se indica en la figura 1.9

A las impurezas difundidas con cinco electrones de valencia se les llama átomos donadores.


• Material tipo p: El material tipo p se forma mediante el dopado de un cristal puro de germanio o de silicio con átomos de impureza que poseen tres electrones de valencia. Los elementos que se utilizan con mayor frecuencia para este propósito son el boro, galio e indio. El efecto de alguno de estos elementos, como el boro sobre el silicio, se indica en la figura 1.1 1.

A las impurezas difundidas con tres electrones de valencia se les conoce como átomos aceptores.


• Portadores mayoritarios y minoritarios – En un material tipo n figura 1 . 13a) al electrón se le

llama portador mayoritario y el hueco es el portador minoritario.

– En un material tipo p el hueco es el portador mayoritario y el electrón es el portador minoritario.

DIODO SEMICONDUCTOR

El diodo semiconductor se forma con sólo juntar materiales tipo p y n según se muestra en la figura 1.14. En el momento en que son "unidos" los dos materiales, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión. A esta región de iones positivos y negativos descubiertos se le llama región de agotamiento, debido al agotamiento de portadores en esta región.

DIODO SEMICONDUCTOR

Sin polarización aplicada (VD = O V): En ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de la carga en cualquier dirección para un diodo semiconductor es cero.

DIODO SEMICONDUCTOR

Condición de polarización inversa (VD < O V): A la corriente que existe bajo las condiciones de polarización inversa se le llama corriente de saturación inversa, y se representa mediante Is del orden microamperios.

DIODO SEMICONDUCTOR

Condición de polarización directa (VD > O V): Un diodo semiconductor tiene polarización directa cuando se ha establecido la asociación tipo p y positivo y tipo n y negativo.

DIODO SEMICONDUCTOR

𝑖𝐷 = 𝐼𝑠(𝑒𝑣𝐷𝑛𝑉𝑇−1)

BIBLIOGRÁFICA

1. Documento José Palacios 2. BOYLESTAD, Robert L. y NASHELSKY, Louis. Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos.

México: Pearson Educación, 2003. 1020p. 3. MALVNO, Albert P. y Bates, David J. Principios de electrónica. Madrid : McGraw-Hill, 2007. 964p. 4. SEDRA, Adel S. y SMITH, Kenneth C. Microelectronics circuits. The oxford series in electrical and computer

engineering. 1284p. 5. LAEGER, Richard C. y BLALOCK, Travis N. Diseño de circuitos microelectrónicos. México: McGraw-Hill, 2005.

997p. 6. NEAMEN, Donald A. Análisis y diseño de circuitos electrónicos. México : McGraw-Hill, 1999. 538p. 7. POHLMANN, Ken C., Principios de audio digital. México: McGraw-Hill, 2002. 724p. 8. PENFOLD, R. A. Construcción de amplificadores de audio. CEAC, 1989. 117p. 9. JARDÓN AGUILAR, Hildeberto. Fundamentos de los sistemas modernos de comunicación [CD-ROM].

México: Alfaomega, 2002. 488p. 10. National Semiconductor. California: National Semiconductor Corporation, 1998. 11. WHITAKER, Jerry C. Electronics Handbook. Boca Raton, Florida : CRC Press, 1996. 2575p. 12. AGUDELO DEL OTERO, Carlos, MUÑOZ ROBLES, Aurelio y PAREJA GARCÍA, Jesús. Prácticas de electrónica:

semiconductores básicos: diodo y transistor. Bogotá: MCGraw-Hill, 1989. 263p. 13. http://www.electronics-tutorials.com/ 14. http://howthingswork.virginia.edu/audio_amplifiers.html 15. http://www.ee.washington.edu/circuit_archive/circuits/ 16. http://www.bobblick.com/techref/techref.html 17. http://www.mitedu.freeserve.co.uk/Design/design.htm 18. http://www.williamson-labs.com/ 19. http://www.national.com/apnotes/OtherAnalogProducts.html 20. http://www.smpstech.com/tutorial/t00con.htm

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