Superconductores y Superconductores y SemiconductoresSemiconductores

Chico Marín Sandy JessithFlórez Fonseca Cristhian Iván

Garzón Muñoz José LuisReyes Rodríguez Wilfrido Rafael

UNIVERSIDAD CARTAGENAFACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA INGENIERIA QUIMICA

IntroducciónIntroducción

la conductividad eléctrica es la capacidad que tiene un cuerpo de dejar pasar la corriente a través de si.

un conductor eléctrico es aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado con electricidad transmite esta a todos los puntos de su superficie

El aislamiento eléctrico se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad.

Los aislantes eléctricos son aquellos cuerpos o materiales que no tienen alta capacidad de conductividad pero alta resistividad. ( Resistencia de hasta 2.5*1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos)

SuperconductoresSuperconductores

Comportamiento Magnético de los Comportamiento Magnético de los SuperconductoresSuperconductores

Aunque la propiedad más sobresaliente de los superconductores es la ausencia de resistencia, lo cierto es que no podemos decir que se trate de un material de conductividad infinita, ya que este tipo de material por sí sólo no tiene sentido termodinámico. En realidad un material superconductor es perfectamente diamagnético. Esto hace que no permita que penetre el campo, lo que se conoce como efecto Meissner.

El campo magnético hace diferenciar dos tipos de Superconductores: los de tipo I, que no permiten en absoluto que penetre un campo magnético externo (lo cual conlleva un esfuerzo energético alto, e implica la ruptura brusca del estado superconductor si se supera la temperatura crítica), y los de tipo II, que son superconductores imperfectos, en el sentido en que el campo realmente penetra a través de pequeñas canalizaciones denominadas vórtices de Abrikosov, o fluxones. Fases diferentes predichas por Lev Davidovich Landau y Aleksey Alekséyevich Abrikósov.

Al aplicarle un campo magnético externo débil a un superconductor lo repela fácilmente .

Si aumentamos este campo el sistema se vuelve inestable por lo que se produce vortices para poder disminuir la energia.

Cuando el campo sea de mucha energia puede provocar numerosos errores haciendo que el material no sea un superconductor (este campo se llama campo critico depende de la temperatura)

VórticeVórtice

Los superconductores de alta Los superconductores de alta temperaturatemperatura

Los óxidos de cobre, son superconductores que posee temperaturas críticas superiores a 90 kelvin. El estado superconductor puede persistir superiores al punto de ebullición del nitrógeno líquido.

Un compuesto de Niobio y Germanio(Nb3Ge) Tc=23,3K.

El oxido mixto HgBa2Cu3O10 es el superconductor con mas alta temperatura descrito con 134K

Clasificación De Los Clasificación De Los Superconductores Superconductores

Los superconductores se pueden clasificar en función de: Su comportamiento físico, pueden ser de tipo I (con un cambio

brusco de una fase a otra, o en otras palabras, si sufre un cambio de fase de primer orden) o de tipo II (si pasan por un estado mixto en que conviven ambas fases, o dicho de otro modo, si sufre un cambio de fase de segundo orden).

La teoría que los explica, llamándose convencionales (si son explicados por la teoría BCS) o no convencionales (en caso contrario).

Su temperatura crítica, siendo de alta temperatura (generalmente se llaman así si se puede alcanzar su estado conductor enfriándolos con nitrógeno líquido, es decir, si Tc > 77K), o de baja temperatura (si no es así).

El material de que están hechos, pudiendo ser elementos puros (como el mercurio o el plomo), superconductores orgánicos (si están en forma de fulerenos o nanotubos, lo cual los podría incluir en cierto modo entre los elementos puros, ya que están hechos de carbono), cerámicas (entre las que destacan las del grupo YBCO y el diboruro de magnesio) o aleaciones.

Aplicaciones..Aplicaciones..

Resonancia Magnética Nuclear.Acelerador de partículas.Pigmentos.Circuitos Digitales.Radio Frecuencias y microondas para telefonía

móvil.Transformador de alto rendimiento.

SemiconductoresSemiconductores

Los semiconductores son materiales que conducen la electricidad mejor que un aislante pero peor que un conductor.

Al bajar la temperatura se comportan como aislantes pero a altas temperaturas sus resistividad baja de forma impresionante tanto que se puede parecer a la de un metal.

Cabe destacar la energía de banda prohibida que aparece en los diodos semiconductores, que es la energía mínima necesaria para hacer pasar un electrón de una lado a otro del diodo, en puntos posteriores explicaré el funcionamiento de los diodos semiconductores. Éstos se utilizan mucho en electrónica para construir microprocesadores de señales lógicas para computadoras y ordenadores. En la fotografía puede verse un microchip que contiene centenares y miles de diodos semiconductores que realizan las funciones lógicas que se le mandan. Tan solo mide 0.6 cm^2

Elemento GrupoElectrones enla última capa

Cd II BII B 2 e2 e--

Al, , Ga, , B, , In III AIII A 3 e3 e--

Si, GeSi, Ge IV AIV A 4 e4 e--

P, As, SbP, As, Sb V AV A 5 e5 e--

Se, Te, (S)Se, Te, (S) VI AVI A 6 e6 e--

Para que la conducción de la electricidad sea posible es necesario que haya electrones que no estén ligados a un enlace determinado (banda de valencia), sino que sean capaces de desplazarse por el cristal (banda de conducción). La separación entre la banda de valencia y la de conducción se llama banda prohibida, porque en ella no puede haber portadores de corriente. Así podemos considerar tres situaciones:

Los metales, en los que ambas bandas de energía se superponen, son conductores.

Los aislantes (o dieléctricos), en los que la diferencia existente entre las bandas de energía, del orden de 6 eV impide, en condiciones normales el salto de los electrones.

Los semiconductores, en los que el salto de energía es pequeño, del orden de 1 eV, por lo que suministrando energía pueden conducir la electricidad; pero además, su conductividad puede regularse, puesto que bastará disminuir la energía aportada para que sea menor el número de electrones que salte a la banda de conducción; cosa que no puede hacerse con los metales, cuya conductividad es constante, o más propiamente, poco variable con la temperatura

Tipos de semiconductores Tipos de semiconductores

Semiconductores intrínsecos Un cristal de silicio forma una estructura

tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden, absorbiendo la energía necesaria, saltar a la banda de conducción, dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente son de 1,12 y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Semiconductores extrínsecosSemiconductores extrínsecos

Al añadirle a un semiconductor pequeños porcentajes de impurezas (elementos trivalentes o pentavalentes)se le domina al semiconductor “Semiconductor extrínseco” y además está dopado.

Al agente dopante se le conoce Al agente dopante se le conoce como como

Semiconductor tipo N Semiconductor Tipo P

Se obtiene mediante un proceso de dopado que consiste en añadir un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (cargas negativas o electrones).

Se produce por medio de un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (cargas positivos o huecos).

Al momento de añadir el material dopante este entrega sus electrones mas débilmente vinculados a los atomo del semiconductor. Es también conocido como material donante puesto que da electrones.

Cuando el dopante es añadido al semiconductor este libera los electrones que se encuentran mas débiles vinculados en los átomos del semiconductor. Al agente donante se le conoce como material aceptor y los átomos del semiconductor que perdieron el electrón se llaman huecos.

El dopaje tipo n se da con el fin de producir abundancia de electrones portadores en el material. Los átomos de cinco electrones de valencia por poseer un electrón extra para dar son llamados átomos donadores. El material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero.

Su propósito es de crear abundantes huecos.Cada hueco está asociado con un ion cercano cargado negativamente, por lo que el semiconductor se mantiene eléctricamente neutro en general