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La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes.
Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores.
A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislante. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas (dopado) o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Los principales semiconductores utilizados en electrónica son el silicio, el germanio y arseniuro de galio.
Semiconductor
Material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal.
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Silicio : Si
Descubridor : Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) (Sueco)
Año : 1823
Etimología : del latín silex
En estado puro tiene propiedades físicas y químicas parecidas a las del diamante.
El dióxido de silicio (sílice) [SiO2] se encuentra en la naturaleza en gran variedad de formas: cuarzo, ágata, jaspe, ónice, esqueletos de animales marinos.
Su estructura cristalina le confiere propiedades semiconductoras. En estado muy puro y con pequeñas trazas de elementos como el boro, fósforo y arsénico constituye el material básico en la construcción de los chips de los ordenadores.
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Silicio: Átomo, Modelo de enlace y estructura crsitalina
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Semiconductor: representación bidimensional de la estructura cristalina
Idealmente, a T=0ºK, el semiconductor sería aislante porque todos los e- están formando enlaces. Pero al crecer la temperatura, algún enlace covalente se puede romper y quedar libre un e- para moverse en la estructura cristalina.El hecho de liberarse un e- deja un “hueco” (partícula ficticia positiva) en la estructura cristalina. De esta forma, dentro del semiconductor encontramos el electrón libre (e-), pero también hay un segundo tipo de portador: el hueco (h+)
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Semiconductor: Acción de un campo eléctrico.
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Semiconductor intrínseco: acción de un campo eléctrico
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La corriente en un semiconductor es debida a dos tipos de portadores de carga: HUECOS y ELECTRONES
La temperatura afecta fuertemente a las propiedades eléctricas de los semiconductores:
mayor temperatura más portadores de carga menor resistencia
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Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor intrínseco indica un material semiconductor extremadamente puro que contiene una cantidad insignificante de átomos de impurezas.
Semiconductor extrínseco, se le han añadido cantidades controladas de átomos impuros (Dopado) para favorecer la aparición de electrones (tipo n –átomosde valencia 5: As, P o Sb ) o de huecos (tipo p - átomos de valencia 3: Al, B, Ga o In).
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Sb+
Semiconductor Intrínseco– Extrínseco.
Semiconductor extrínseco: TIPO N
Semiconductor extrínseco: TIPO P
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son Electrones libres
Sb: antimonio
Impurezas del grupo V de la tabla periódica
Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Sb
Si
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SiSi
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Si
Si
Si Si
SiSiSi
SiSi SiSi
SiSi
Al-+
Al: aluminio
Impurezas del grupo III de la tabla periódica
Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Al
A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas se encuentran ionizados
Al
Al
AlAl
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300ºK
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Huecos libresHuecos libres Átomos de impurezas ionizadosÁtomos de impurezas ionizados
Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo P son Huecos. Actúan como portadores de carga positiva.
Sb
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SbSb
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SbSb
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Sb
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SbSb
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Impurezas grupo VImpurezas grupo V
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Electrones libresElectrones libres Átomos de impurezas ionizadosÁtomos de impurezas ionizados
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Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
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Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
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Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N
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Zona de transiciónZona de transición
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada ‘zona de transición’, que actúa como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.I.E
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Semiconductores. La unión PN: el DIODO.
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+P N
La unión P-N polarizada inversamente
La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no hay circulación de corriente.
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+ +-
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+P
++
La unión P-N polarizada en directaNLa zona de transición se
hace más pequeña. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensión directa.
IP NP NP N
DIODO SEMICONDUCTOR
Conclusiones: Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente. Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de
corriente eléctrica
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