Materiales semiconductores

En esta exposición se presenta los tipos de materiales semiconductores , como puede ser sus propiedades y estructuras básicas.

1. Estructura y Propiedad de los materiales
Materiales semiconductores
Ingeniería Mecatrónica
M1-4 11-11-2022
Universidad Politécnica del Centro

2. Propiedades básicas de los
semiconductores y sus uniones PN

3. 1. Propiedades básicas de los semiconductores y sus uniones PN
¿QUÉ SON LOS SEMICONDUCTORES?
Son elementos que tienen una
conductividad eléctrica inferior a la de un
conductor metálico pero superior a la de
un buen aislante.
Se comportan como un conductor o
como un aislante dependiendo de
diversos factores.

4. SUS PROPIEDADES SON
BANDA DE VALENCIA
En aislante eléctrico y semiconductores, la
banda de valencia es el rango más alto de
energía de electrones en el que los electrones
están normalmente presente a temperatura
cero absoluta.
BANDA DE CONDUCCIÓN
Es el rango más bajo de estados electrónicos
vacantes. En un grafico de la estructura de
banda electrónica de un materiales, la banda
de valencia se encuentra por debajo del nivel
fermi, mientras que la banda de condición se
encuentra por encima de él.

6. BRECHA DE BANDA
Los electrones en un semiconductor deben
obtener energía (de la radiación ionizante)
para atravesar el intervalo de banda y alcanzar
la banda de conducción. Las brechas de banda
son naturalmente diferentes para diferentes
materiales.
PAR DE AGUJEROS DE ELCTRONES
En el semiconductor, los portadores de cargas
libres son electrones y agujeros de electrones
(pares de electrones). Los electrones y los
agujeros se crean por excitación de
electrones en la banda de valencia a la banda
de conducción.

7. 1.1 Unión PN
Tipo N
Es el que esta implicado con impurezas
donadoras que son impurezas pentavalentes
como los electrones superan a los huecos en
un semiconductor tipo N y reciben el nombre
de portadores mayoritarios se precisan para
llegar a un equilibrio y queda libre un quito
electrón que le hace mucho mejor que el
conductor.
Tipo P
En cambio si se introduce a una impureza
trivalente en la red cristalina del silicio se
forman tres enlaces covalentes con tres
átomos de silicio vecinos quedando un cuarto
átomo de silicio con un electrón sin enlazar
provocando un hueco en la red cristalina de un
semiconductor dopado con impurezas
trivalentes se le denomina como tipo P.

9. Sepodríapensarquelauniónsepuedeformarsimplemente
pegandounmaterialsemiconductorNconotroP,peroestonoes
así,ademásdeestarencontacto,debentenercontactoeléctrico.
Lógicamente,comoyadijimosantes,lasumadelascargasdelos
doscristales,antesdelaunión,seráneutra.
EnlazonaNtenemoselectroneslibresyenlazonaPtenemos
huecosenesperadeserrellenadosporelectrones.
Siahoralosunimos,loselectronesdelmaterialN,queestán
máscercadelafranjadelaunión,seránatraídosporlos
huecosdelazonaPqueestántambiénmáscercadelaunión.
Estoselectronespasaránarellenarloshuecosdelas
impurezasmáscercanosalafranjadeunión.

10. Describir las
estructuras básicas
de uniones PN

11. Unión NPN y PNP:
transistor BJT!
A)

12. Transistor BJT
Eltransistordeuniónbipolaresundispositivo
electrónicodeestadosólidoconsistenteendos
unionesNPNyPNPmuycercanasentresí,que
permitecontrolarelpasodelacorrienteatravés
desusterminales.

13. LasunionesPNPoNPNestán
compuestaspormateriales
semi-conductores.
Unión NPN y PNP
Semi-conducotres:materialque,dependiendodelascircunstancias
(temperatura,presión,radiación,etc),puedeactuarcomoconductor,
permitiendoelpasodelacorriente,ocomoaislante,impidiendoelpaso
delamisma.

14. Describir las estructuras básicas de unión NPN
EltransistorNPNtienedosfunciones
básicas,seruninterruptorelectrónicooun
amplificador.
LostransistoresdetipoNPNaquellosquetienenmásNen
sunombre,estoquieredecirqueutilizan“partículas
subatómicas”designoNegativoparatransportarla
corriente.
Partículassubatómicas:sonmáspequeñasqueelátomoy
que,porende,formanpartedeésteydeterminansus
propiedades.

15. Esdecir,aquellosconmásPensunombre,porlo
queutilizan“partículas”subatómicasdesigno
Positivoparatransportarlacorriente.
Describir las estructuras básicas de unión PNP
LostransistoresdetipoPNPestánimpulsados
porunacorrientenegativapolarizadaenlabase
paracontrolarelflujodelEmisoralColector.

16. Unión Al, SiO2, P: JFET,
MOSFET!
B)

17. unional SiO2 P JFET mosfet
ElMOSFETusaunaislante(normalmenteSiO2).El
MESFETsubstituyelauniónPNdelJFETconuna
barreraSchottky.
Esundispositivosemiconductorque
proporcionaconmutacionesmuyrápidas
entrelosestadosdeconduccióndirecta
einversaymuybajastensionesumbral

18. ¿Cómo trabajan los
mosfety
aplicaciones?
ElMosfetcontrolaelpasodela
corrienteentreunaentradao
terminalllamadofuentesumidero
yunasalidaoterminalllamado
drenador,mediantelaaplicación
deunatensiónenelterminal
llamadopuerta(gate).Esun
interruptorcontroladoportensión.

20. JFET
➢ElJFETesundispositivodetresterminales,
estassonlacompuerta(G),drenaje(D)y
fuente(S).
➢UntransistorJFETestaformadoporel
semiconductorqueseconectaalas
terminalesdefuenteydrenaje.
➢Elmaterialrestanteestáconectadoentresi
paradirectamentealacompuerta.
➢Enlaunióntenemosunaregiónde
empobrecimiento.
➢LapolarizacióndelJFETestaenfunciónala
diferenciadepotencialentrelosmateriales
semiconductores.

22. Unión PNPN: Tiristores!C)

23. Unión PNPN: Tiristores
Untiristoresundispositivosemiconductordecuatrocapas
deestructurapnpncontresunionespntienetresterminales:
ánodocátodoycompuerta.

24. Suformadetrabajoescomoladeundiodoconvencional,yaquepermite
elpasodecorrientesoloenunúnicosentidodecirculación;sinembargo,
sediferenciadeesteporelhechodequesuconducciónestáreguladapor
laaccióndeunodelostreselectrodosqueposee.
Su principal
aplicación es la de
control de potencia
eléctrica.

25. EltiristorestácompuestoporcuatrocapasPNPN,
deahíqueelequivalenteauntiristorpuedeserla
unióndedostransistoresbipolares,ytres
electrodos:elÁnodo(A),elCátodo(K)ylaPuerta
(G)quesirvecomoterminaldecontrol.

26. Curvas de operación I-V
de transistores

27. 3. Curvas de operación I-V de transistores
Vemos cómo la característica de entrada corresponde a la de un
diodo, de hecho, entre la base y el emisor, el transistor se comporta
como un diodo; vemos, de hecho, que la corriente de base es cero,
cuando laVBEes menor que la tensión de umbral, que en nuestro
caso coincide aproximadamente con 0,6 V, sobrepasada la tensión de
umbralla corriente de baseaumenta rápidamente.
Se dicecaracterísticas de salidalas que expresan la corriente de
colectorICcomo una función de la tensiónVCE,mientras que
manteniendo constante laIB;tales como las siguientes, que se
refieren siempre a BCW82
Se dicecaracterística de entradala curvaque expresa la tendencia de la corriente de baseIBen función
de la tensión de baseVBE,tales como la siguiente, que se refiere al transistor NPNBCW82.

28. Observamos que hay diferentes características de salida, cada
obtenida para un valor predeterminado de la corriente de la
baseI
B;de hecho, la primera característica, a partir de la parte
inferior se ha obtenida para unaI
B= 5mA;es decir, el
mantenimiento de unI
Bconstante con el aumento deV
CE,al
principio laI
Ces cero;luego aumenta linealmente y rápidamente a
la rodilla;allá de la rodilla,laI
Cpermanece prácticamente
constante, incluso si se aumenta laV
CE.
Las características son importantes para la determinación del punto de
trabajo; Se dicepunto detrabajoun punto de que se sabe la tensión y la
corriente en reposo, es decir, en ausencia de señal;ejemplo, si tomo el
puntoP,como en el siguiente diagrama:
podemos observar que se encuentra en la característica paraI
B=
15mA;la corriente de base seráI
B= 15mA;la tensiónV
CEes de 1,0 V;la
corriente de colectorserá aproximadamenteI
C= 4,6 mA

29. Esdicharectadecarga,larectaquetienecomoecuaciónla
ecuacióndelamalladesalida,esdecir:
V
CC=R
CI
C+V
CE+R
EI
E
Pararepresentarlasobrelascaracterísticasdesalida,es
necesariotomardospuntos.
SupongamosqueV
CC=2,0V;cuandoI
B=0yI
C=0delaecuacióndelalíneadecargaseobtienequeV
CE=
V
CC;acontinuación,unpuntoseráenelejehorizontal,concoordenadas(2,0;0).
SuponiendovezquelaV
CEesnula,delaecuacióndelarectadecargaobtenemos:
V
CC=R
CI
C+ R
EI
E
ydescuidandolaI
BenrelacióndelaI
CobtenemoselsegundopuntoI
CMAX=V
CC/(R
C+R
E);entoncesel
segundopuntotienelascoordenadas(0;V
CC/(R
C+R
E));uniendolosdospuntosobtenemoslarectade
carga.

30. ●Estructura atómica de elementos semiconductores | TIC CIRCUITOS ANALOGICOS..
●SEMICONDUCTORES | TODOesQUIMICA..
●SEMICONDUCTORES | TODOesQUIMICA. Todoesquimica.
https://todoesquimica.blogia.com/2012/030504-semiconductores.php
●Los semiconductores intrínsecos y los semiconductores dopados. Es.
https://es.slideshare.net/victoreus/los-semiconductores-intrnsecos-y-los-semiconductores-dopados-
13926892
●Semiconductores extrínsecos. Sc.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina6.htm
●materiales extrinsecostipo n y p. Materialesextricitostiponyp.
http://materialesextricitostiponyp.blogspot.com/
●Error. Ocw.
https://ocw.ehu.eus/pluginfile.php/2728/mod_resource/content/1/electro_gen/teoria/tema-7-
teoria.pdf
●The P-N Junction. Hyperphysics. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Solids/pnjun.html
Bibliografía