Semiconductores - Resumen Electricidad y magnetismo PDF

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Resumen sobre semiconductores...

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Yazek Martínez Bernal

Electricidad y Magnetismo Semiconductores

17/08/16

¿Qu ée su nma t e r i a l s e mi c o ndu c t o r ? Co mol ami s map a l a b r ai n d i c a , n os o nb u e n o sc o n d u c t o r e s , p e r ot a mp o c os o na i s l a n t e s . Po d e mo sd e fi n i rl o s s e mi c o n d u c t o r e sc o moa q u e l l o sma t e r i a l e sq u es ec o mp o r t a nc o moc o n d u c t o r e s , s o l oe nd e t e r mi n a d a s c o n d i c i o n e s . Po re s os ed i c eq u ee s t á ne nu np u n t oi n t e r me d i oe n t r el o sc o n d u c t o r e syl o sa i s l a n t e s . Un ac a r a c t e r í s t i c ad el o ss e mi c o n d u c t o r e se sq u et o d o st i e n e n4e l e c t r o n e se nl aú l t i mao r b i t ad es u e s t r u c t u r aa t ó mi c a .

¿Qu éa p l i c a c i one st i e ne nl oss e mi c ond uc t or e s ? L o sdi o do st i e n e nmú l t i p l e sa p l i c a c i o n e s . L amá se v i d e n t e , e sl ac o n v e r s i ó nd el ac o r r i e n t ea l t e r n ae n c o n t i n u a , p r o c e s oq u es el l a mar e c t i fi c a c i ó n . Ot r a sa p l i c a c i o n e sd ei n t e r é ss o nl a sc é l u l a ss o l a r e s ,q u e c o n v i e r t e nl ae n e r g í al u mi n o s ae ne n e r g í ae l é c t r i c a . L ED Sed e s c u b r i óE' , c a s i p o ra c c i d e n t e , q u el o sd i o d o sf a b r i c a d o sc o nc i e r t o sma t e r i a l e ss e mi c o n d u c t o r e s b r i l l a b a nc u a n d os eu t i l i z a . Unp o c od ei n v e s t i g a c i ó nh ad a d ol u g a rau n an u e v af o r mad el al u z :d i o d o s e mi s o r e sd el u z( L EDs ) . Es t a sl u c e ss o nb a r a t a sd eh a c e r , u t i l i z a nmu yp o c ae n e r g í a , s eq u e ma nb i e nyd u r a n p a r as i e mp r e . Di o do sLá s e r Si l au n i ó nPNe smu yp u l i d ayh a yu n ac a v i d a dr e s o n a n t ee s p e c i a l , u nL EDp u e d ep r o d u c i rl u zl á s e r . Es t a s s o nl a sf u e n t e sd el a sl u c e su t i l i z a d a se nl a sc o mu n i c a c i o n e sd efi b r aó p t i c a . Di o do sZe ne r L o sd i o d o sZ e n e rs o ne l p r i me r od eu n an u e v ag e n e r a c i ó nd ed i o d o sq u et i e n e nu np e r fi l d ec o mp o r t a mi e n t o má sc o mp l e j op e r mi t i e n d oq u el ac o r r i e n t efl u y ae nu n ad i r e c c i ó nyn oe nl ao t r a . Und i o d oZe n e rt í p i c o p e r mi t eq u el ac o r r i e n t efl u y al i b r e me n t ee nu n ad i r e c c i ó n , p e r on oe nl ao t r a , s i ne mb a r g o , c u a n d oe l p o t e n c i a l s ev u e l v el os u fi c i e n t e me n t ea l t oe nl ad i r e c c i ó n" e q u i v o c a d a " , h a yu n ar u p t u r aq u ep e r mi t ee l fl u j od ec o r r i e n t e e ne s t ad i r e c c i ó n . Es t ed e s g l o s en od a ñ ae l d i o d oZ e n e r . Ame n u d op u e d eo c u r r i rs i nn i n g ú nd a ñ op a r ae l d i o d o .Es t o sd i o d o smá sc o mp l e j a s-c o nl ac o mp o s i c i ó nd el a st e n s i o n e sfi j a s :-p e r mi t e nd i o d o sZe n e r p a r as uu s oe nc i r c u i t o sl ó g i c o sc o mp l e j o sq u ec o n t r o l a nl o sc i r c u i t o sd ec o n mu t a c i ó nyc o n t r o l . El d i s p o s i t i v od ee s t a d os ó l i d omá sr e l e v a n t ed e s d ee l p u n t od ev i s t at e c n o l ó g i c oe se l t r a ns i s t o r . Un ad el a s f o r ma smá ss i mp l e sq u ep u e d ea d o p t a ru nt r a n s i s t o rs ec o n s i g u eu n i e n d ot r e sp i e z a sd ema t e r i a l s e mi c o n d u c t o r . En t r el a sa p l i c a c i o n e sd e l t r a n s i s t o rb i p o l a rp o d e mo sme n c i o n a rs uu s oc o moa mp l i fi c a d o rd e c o r r i e n t e . Me d i a n t el ai n t r o d u c c i ó nd eu n ap e q u e ñ as e ñ a l d ee n t r a d ae nf o r mad eu n ac o r r i e n t ev a r i a b l e Enl o sd i s p o s i t i v o se l e c t r ó n i c o ss ee mp l e a nt a mb i é nt r a n s i s t o r e sp e r oc o moi n t e r r u p t o r e s . Si n oc o l o c a mo s v o l t a j ee n t r el ab a s eye l e mi s o r , mu yp o c o se l e c t r o n e ss e r á nc a p a c e sd ep a s a rd e l e mi s o ra l c o l e c t o r . El t r a n s i s t o r s ec o mp o r t ae n t o n c e sc o mou ni n t e r r u p t o r c e r r a d o , r e c h a z a n d op r á c t i c a me n t et o d ofl u j od e c o r r i e n t e . Pe r os i a p l i c a mo su nv o l t a j ea l t oe n t r ee l e mi s o ryl ab a s e , l ac o r r i e n t ep o d r áfl u i r l i b r e me n t e . Ene s t e c a s oe l t r a n s i s t o rs ec o mp o r t ac o mou ni n t e r r u p t o ra b i e r t o .

L a sa p l i c a c i o n e sp r á c t i c a sd el o ss e mi c o n d u c t o r e ss o ni n n u me r a b l e s . Pa r ah a c e rj u s t i c i aa l v a s t oyc o mp l e j o c a mp oc i e n t í fi c oyt e c n o l ó g i c oi n a u g u r a d op o rl o sd i s p o s i t i v o sd ee s t a d os ó l i d os e r í an e c e s a r i od i s p o n e rd e v a r i o sv o l ú me n e sd ema t e r i a l e s c r i t o .

¿Cómof u nc i on auns e mi c o ndu c t o r ? L o ss e mi c o n d u c t o r e ss o nma t e r i a l e smo d e r a d a me n t ee s t a b l e s , e sd e c i r , s i n a d al e sp e r t u r b an oc o n d u c e nl a c o r r i e n t e . Ah o r ab i e n , b a s t aq u el e smo l e s t e mo su np o c op a r aq u ee s o se l e c t r o n e sd ev a l e n c i a , q u et i e n e c a d aá t o mo , s a l t e nys ev a y a nal aa v e n t u r af o r ma n d ou n ac o r r i e n t ee l é c t r i c a . Ha yd o sf o r ma sd emo l e s t a ral o se l e c t r o n e sd el o sá t o mo s : L ap r i me r ae sc a l e n t á n d o l o s . Una u me n t od et e mp e r a t u r ah a c eq u el o se l e c t r o n e st e n g a nmá se n e r g í ays e p o n g a nn e r v i o s o s . Al g u i e np o d r í ap e n s a rq u el o se l e c t r o n e ss o nc o mog r a n o sd ema í ze nu n as a r t é nys e g ú n s ev a nc a l e n t a n d oe mp i e z a nas a l t a rs a l i é n d o s ed e l r e c i p i e n t e . Al i g u a l q u el a sp a l o mi t a s , n u e s t r o se l e c t r o n e ss a l t a nys ev a nd e l á t o moa l q u ee s t a b a nu n i d o sp a r ae mp e z a r ac i r c u l a rj u n t oc o no t r o se l e c t r o n e sc r e a n d ol ac o r r i e n t e . L as e g u n d ae sa ñ a d i e n d ou ne x t r a ñ o , l oc u a l s ec o n o c ec o ne l n o mb r ed ed o p a j e . L at é c n i c ad e l d o p a j e c o n s i s t es i mp l e me n t ee na l t e r a rl ae s t r u c t u r ai n t e r n ad eu ns e mi c o n d u c t o r , a ñ a d i e n d od e n t r od eé l u n a p e q u e ñ í s i mac a n t i d a dd eá t o mo sd eo t r oe l e me n t ob a s t a n t es i mi l a ra l o r i g i n a l . Al d o p a ru ne l e me n t oo c u r r e c o mos i au nmo n t ó nd eh a r i n al ea ñ a d i mo su np e l l i z q u i t od el e v a d u r al or e mo v e mo sb i e nyl ome t e mo sa l h o r n o , as i mp l ev i s t ap a r e c eq u en oh e mo sh e c h on a d a , p e r ol o se f e c t o sf í s i c o ss o nb i e nv i s i b l e s . Al d o p a ru n s e mi c o n d u c t o rs ep r o d u c eu ng r a na u me n t od es up e r mi s i v i d a da l p a s od el ac o r r i e n t e .

¿Dequ éma t e r i a l e s t á nhe c h osl o ss e mi c o ndu c t o r e s ? L o sma t e r i a l e smá su s a d o ss o nó x i d o sd eCo b a l t o( Co O) , d eHi e r r o( F e O) , d eMa g n e s i o( Mg O) , Ma n g a n e s i o ( Mn O) , Ní q u e l ( Ni O) yTi t a n i o( T i O) . Seu t i l i z a ne nf o r mad eb o l a , d i s c oov a r i l l a , i n d i c a n d oc o ne s t ol af o r ma e nq u es es e p a r ae l ma t e r i a l b a s ed e l t e r mi s o r . Ene l d eb o l as ea p l i c al ame z c l ad eó x i d oe nf o r mav i s c o s a e n t r ed o sh i l o sp a r a l e l o sd ePl a t i n oc o nu n ap e q u e ñ ag o t i t a , a p r o x i ma d a me n t e1mm. d ed i á me t r oyp o r c o c c i ó nq u e d as u j e t aal o sh i l o s . Cu a n d os eu s a ne nf o r mad ed i s c o sov a r i l l a ss ep r e p a r a np o r s i n t e t i z a d o . Su sa p l i c a c i o n e ss o np a r ame d i r l at e mp e r a t u r a , me d i d a sd ev a c í oye nl o sc i r c u i t o sd ec o mu n i c a c i o n e sc o mo r e g u l a d o r e sd et e n s i ó nyl i mi t a d o r e sd ev o l u me n .

¿ Quéc a r a c t e r í s t i c a st i e n euns e mi c o ndu c t o rt i poPN? Ma t e r i a l s e mi c o n d u c t o r d es i l i c i op u r o , n oe smu yb u e n oe nl ac o n d u c c i ó nd ee l e c t r i c i d a d-d ea h í e l n o mb r e . Cu a n d oe l ma t e r i a l s ec u e c ee nu nh o r n o , c o nu ng a ss e l e c c i o n a d o , u np e q u e ñ on ú me r od eá t o mo ss e i n t r o d u c e ne ne l ma t e r i a l q u ec a mb i as uc o mp o r t a mi e n t oe l é c t r i c o . Es t ep r o c e s os ed e n o mi n a" d o p a j e " , ys i s e h a c ec o nu nr e s u l t a d od eg a se su ns e mi c o n d u c t o r d et i p on-u ns e mi c o n d u c t o rc o ne l e c t r o n e sa d i c i o n a l e s e ns u s p e n s i ó ne ne l ma t e r i a l . Co nu ng a sd i f e r e n t e , u ns e mi c o n d u c t o rd et i p oPs ep r o d u c ec o nl aa u s e n c i ad e e l e c t r o n e s-l l a ma d o" a g u j e r o s " .

Cu a n d os eu t i l i z a nj u n t o se s t o sd o sma t e r i a l e s , u n av a r i e d a dd ee f e c t o se l é c t r i c o sp u e d es e rp r o d u c i d o . Só l o h a yq u ep o n e rj u n t o sl o sd o sma t e r i a l e sys ep r o d u c eu nd i o d o . Cu a n d os ea p l i c ae l p o t e n c i a l e l é c t r i c oe nu n a d i r e c c i ó n , l o se l e c t r o n e syl o sh u e c o ss ec o mb i n a nyfl u y el ac o r r i e n t e . Cu a n d os ea p l i c ae l p o t e n c i a l e l é c t r i c o e nl ad i r e c c i ó no p u e s t a , l o so r i fi c i o syl o se l e c t r o n e ss ee l i mi n a nyn ofl u y ec o r r i e n t e .

De s c r i b ee l f unc i o na mi e nt ode3c o mpo ne nt e ss e mi c ond uc t or e s: Di o do s: Al u n i ru ns e mi c o n d u c t o rNc o no t r oPs ep r o d u c eu nf e n ó me n od ed i f u s i ó nd ec a r g a se nl az o n ad e c o n t a c t o , q u ec r e au n ab a r r e r ad ep o t e n c i a l q u ei mp i d eal o sd e má se l e c t r o n e sd el az o n aNs a t u r a rl o s r e s t a n t e sh u e c o sp o s i t i v o sd el az o n a . Si u n i mo su ng e n e r a d o r l o se l e c t r o n e sl i b r e sd el az o n aNs o nr e p e l i d o s p o re l p o l on e g a t i v oyl o sh u e c o sd el az o n aPp o re l p o l op o s i t i v o , h a c i al ar e g i ó nd et r a n s i c i ó n , q u e a t r a v i e s a n . L ac o r r i e n t ep a s a . Noo c u r r i r í ae s t os i l ac o n e x i ó ns eh u b i e r ah e c h oc o nl ap o l a r i d a di n v e r t i d a . El d i s p o s i t i v oe su n“ d i o d os e mi c o n d u c t o r ”ya c t ú ac o mor e c t i fi c a d o rd ec o r r i e n t e . T r a n s i s t o r e s :Unt r a n s i s t o re s t ác o n s t i t u i d ap o rd o sz o n a s : 1 . -Do sNs e p a r a d a sp o ru n aP( t r a n s i s t o r NPN) , e s t ad i s p o s i c i ó np r o p o r c i o n aa l c o n j u n t ou n a sp r o p i e d a d e sp a r t i c u l a r e s , e ne s p e c i a l a mp l i fi c a d o r a s . 2 . -Do sP s e p a r a d a sp o ru n aN( t r a n s i s t o r PNP) , p e r mi t e na c t u a rs o b r el ai n t e n s i d a dd el ac o r r i e n t ee l e c t r ó n i c aq u ep a s a e n t r ed o sc r i s t a l e ss e mi c o n d u c t o r e sd e l mi s mot i p o , p o r me d i od eu ne l e c t r o d ome t á l i c oa i s l a d op o ru n a d e l g a d ac a p ad eó x i d o . Unt r a n s mi s o rs ee mp l e a , s o b r et o d o , c o moa mp l i fi c a d o ryt a mb i é ne no r d e n a d o r e s , c o moi n t e r r u p t o rr á p i d od el ac o r r i e n t e . T e r mi s or e s :Sel l a maa s í al o ss e mi c o n d u c t o r e sq u es o ns e n s i b l e sal o sc a mb i o sd et e mp e r a t u r a , ome j o r , a a q u e l l o se nq u el a sv a r i a c i o n e st i e n e n , f r e n t eal ac o mp o s i c i ó n , u ng r a nv a l o r . F ue n t e s: h t t p : / / www4 . u j a e n . e s / ~ e g i me n e z / FUNDAMENT OSF I SI COS/ s e mi c o n d u c t o r e s . p d f h t t p : / / www. g e o c i t i e s . ws / p n a v a r 2 / s e mi c o n / f u n c i o n a . h t ml h t t p : / / b u e n o s a b e r . c o m/ a fi c i o n e s j u e g o s y j u g u e t e s / c i e n c i a y n a t u r a l e z a / l a s c a r a c t e r i s t i c a s d e u n d i o d o p n . p h p...