Características de los semiconductores

Un semiconductor es un elemento con propiedades eléctricas entre las de un conductor y un aislante. Son materiales que ocupan una oposición intermedia entre los aislantes y los conductores. Los primeros poseen muy pocas cargas móviles y, en consecuencia, presentan una resistencia muy alta al paso de la corriente (idealmente una resistencia infinita). La resistencia eléctrica que presentan los segundos es muy baja (idealmente cero) debido a su riqueza en dichas cargas. Los semiconductores suelen ser aislantes a cero grados Kelvin, y permiten el paso de corriente a la temperatura ambiente. Esta capacidad de conducir corriente puede ser controlada mediante la introducción en el material de átomos diferentes al del semiconductor, denominados impurezas. Cuando un semiconductor posee impurezas se dice que está dopado.

Son elementos, como el germanio y el silicio, que a bajas temperaturas son aislantes. Pero a medida que se eleva la temperatura o bien por la adicción de determinadas impurezas resulta posible su conducción. Su importancia en electrónica es inmensa en la fabricación de transistores, circuitos integrados, etc.

Silicio

El átomo de silicio posee catorce electrones. De éstos, los cuatro más alejados del núcleo son los electrones de valencia que participan en los enlaces con otros átomos. El silicio es, por tanto, un átomo tetravalente.

El silicio que se utiliza para fabricar dispositivos electrónicos es un mono cristal cuya estructura cristalina se denomina de diamante. Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las silicones, en la industria de la cerámica técnica y, debido a que es un material semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitos electrónicos. Cada átomo de silicio está unido a otros cuatro mediante enlaces covalentes. Un enlace covalente se forma entre dos átomos que comparten dos electrones. Cada uno de los electrones del enlace es aportado por un átomo diferente.

Resulta muy engorroso trabajar con la representación cristalina tridimensional. Por ello suele recurrirse a un esquema bidimensional, denominado modelo de enlaces, en el que se representa la característica esencial de la estructura cristalina: cada átomo está unido a cuatro átomos vecinos mediante enlaces covalentes. En este modelo cada átomo dedica sus cuatro electrones de valencia a constituir cuatro enlaces covalentes.

Germanio

El germanio pertenece a la misma familia química que el carbono, el silicio y el plomo; se parece a estos elementos en que todos ellos forman derivados orgánicos como el tetraetilo de germanio y el tetrafenilo de germanio.

Se encuentra en pequeñas cantidades en yacimientos de plata, cobre y cinc, así como en el mineral germanita, que contiene un 8% de germanio. El elemento y sus compuestos tienen numerosas aplicaciones. Los cristales de germanio convenientemente tratados tienen la propiedad de rectificar o permitir el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido.

Su uso es en semiconductores y transistores. En forma de monocristales para la fabricación de elementos ópticos (lentes, prismas y ventanas) para espectroscopía infrarroja: Espectroscopios, detectores de infrarrojos. El alto índice de refracción del óxido de germanio lo hace útil para la fabricación de lentes gran angular de cámaras fotográficas y objetivos de microscopio.

Materiales tipo P y N

Materiales Tipo N

Añadir al cristal pequeñas cantidades de las impurezas apropiadas, afecta de manera espectacular a la concentración relativa de huecos y electrones. Se tiene así un semiconductor extrínseco. Por ejemplo, si se añade fósforo, que tiene cinco electrones de valencia, los átomos de fósforo se posicionan en la estructura cristalina y forman enlaces covalentes con sus cuatro vecinos. El quinto electrón de valencia sólo está débilmente unido al átomo de fósforo.

A temperaturas de trabajo normales, este electrón extra rompe su enlace con el átomo de impureza, y se convierte en un electrón libre. Sin embargo, el átomo de impurezas no crea un hueco; la carga positiva que equilibra al electrón libre está bloqueada en el núcleo iónico del átomo de impureza. Así, podemos crear electrones libres añadiendo al silicio impurezas pentavalentes, llamadas donantes. Al material resultante, se le conoce como material de tipo n.

En un material de tipo n, la conducción se debe principalmente a los numerosos electrones libres. Así, a los electrones libres se les llama portadores mayoritarios, mientras que a los huecos se les llama portadores minoritarios.

A temperaturas de trabajo normales, casi todos los átomos donantes aportan su quinto electrón. Decimos entonces que los donantes se han ionizado. Cada átomo donante ionizado tiene asociada una carga positiva. Desde luego, la concentración de carga neta en el material es cero. La carga positiva de los donantes ionizados ( y huecos) se equilibra con la carga negativa de los electrones libres. Así, podemos igualar la concentración de electrones libres a la suma de las concentraciones de huecos y donantes; es decir,

Donde ND representa la concentración de átomos donantes.

Materiales Tipo P

Añadiendo al silicio puro una impureza trivalente, como el boro, se produce un material de tipo p. Cada átomo de impureza ocupa una posición en la retícula cristalina y forma enlaces covalentes con tres de sus vecinos más próximos. El átomo de impureza no tiene el cuarto electrón que se necesita para completar el enlace con su cuarto vecino.

A temperaturas de trabajo normales, un electrón de un átomo de silicio cercano se puede desplazar para llenar el cuarto enlace de cada átomo de impureza. Esto crea un hueco que se mueve libremente por el cristal. Sin embargo, el electrón se enlaza con el átomo de impureza ionizado. Así, la conducción en el material de tipo p se debe mayoritariamente a los huecos.

En un material de tipo p, los huecos se llaman portadores mayoritarios y, los electrones portadores, minoritarios. Desde luego, esta terminología es la inversa a la de los materiales de tipon.

Las impurezas de valencia tres se denominan aceptadores, porque aceptan un electrón extra. Con cada átomo aceptador ionizado, se asocia una carga negativa: hay presentes cuatro electrones enlazados, pero sólo hay la suficiente carga positiva en el núcleo iónico como para equilibrar la carga de tres electrones.

Conductores, Semiconductores y Aislantes

SEMICONDUCTORES:

                                                 

 Para empezar este tema primero debemos saber que es un semiconductor y para eso les tengo la siguiente información ¿Qué es un semiconductor? Bueno un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. ¿Qué elementos son los más usados como semiconductores? El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 16 y 15 respectivamente (Ga As, P In, As Ga Al, Te Cd, Se Cd y S Cd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p². Ahora para hacer una aclaración no solo existe un tipo de semiconductor existen 4 tipos que son los siguientes: 1 Semiconductores intrínsecos Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV (Electronvoltios) y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente. Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni = n = p Siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento. Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27 ºC): ni(Si) = 1.5 1010cm-3 ni(Ge) = 2.4 1013cm-3 Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos, originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción. 2 Semiconductores extrínsecos Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de elementos trivalentes o pentavalentes (impurezas), el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en día se han logrado añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una modificación del material. 3 Semiconductor tipo N Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativos o electrones). Cuando se añade el material dopante, aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante, ya que da algunos de sus electrones. El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el material. Para ayudar a entender cómo se produce el dopaje tipo n considérese el caso del silicio (Si). Los átomos del silicio tienen una valencia atómica de cuatro, por lo que se forma un enlace covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes. Si un átomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla periódica (fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá cuatro enlaces covalentes y un electrón no enlazado. Este electrón extra da como resultado la formación de "electrones libres", el número de electrones en el material supera ampliamente el número de huecos, en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios. A causa de que los átomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón extra que "dar", son llamados átomos donadores. Nótese que cada electrón libre en el semiconductor nunca está lejos de un ion dopante positivo inmóvil, y el material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero. 4 Semiconductor tipo P Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos). Cuando se añade el material dopante libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos. El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un átomo tetravalente se le une un átomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla periódica, y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrará en condición de aceptar un electrón libre. Así los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red, un protón del átomo situado en la posición del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve equilibrado como una cierta carga positiva. Cuando un número suficiente de aceptores son añadidos, los huecos superan ampliamente la excitación térmica de los electrones. Así, los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules , que contienen impurezas de boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de m.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:
     El elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente. De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica.La Manufactura de un Semiconductor    

¿Que es un Semiconductor?            

                                                 
                                                   
                                       
                                                     CONDUCTORES:       
                                           

Son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que permite el movimiento de las cargas. Cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de metal, se establece de inmediato un flujo de corriente, pues los electrones o cargas eléctricas de los átomos que forman las moléculas del metal, comienzan a moverse de inmediato empujados por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje. Esa presión procedente de una fuente de fuerza electromotriz (FEM) cualquiera (batería, generador, etc.) es la que hace posible que se establezca un flujo de corriente eléctrica a través del metal. Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es el cobre (en forma de cables de uno o varios hilos). Aunque la plata es el mejor conductor, pero debido a su precio elevado no se usa con tanta frecuencia. También se puede usar el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre, es sin embargo un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas que en la transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. A diferencia de lo que mucha gente cree, el oro es levemente peor conductor que el cobre; sin embargo, se utiliza en bornes de baterías y conectores eléctricos debido a su durabilidad y “resistencia” a la corrosión. La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58.0 MS/m. A este valor es a lo que se llama 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110. CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:
     Los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4 electrones en su última capa de valencia. Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico mas comunes son los metálicos, siendo el cobre el mas usado de entre todos ellos, otro metal mas utilizado es el aluminio y en aplicaciones especiales, debido a su baja resistividad y dureza a la corrosión, se usa el oro. USOS DE LOS CONDUCTORES

Conducir la electricidad de un punto a otro

Crear campos electromagnéticos al constituir bobinas y electroimanes.

Modificar la tensión al constituir transformadores. ¿Que es un conductor Eléctrico? (Haz Click para ver el vídeo) Aislante Eléctrico                                        
                                   
El aislamiento eléctrico se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que alberga y lo mantiene en su desplazamiento a lo largo del semiconductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico. Cinta aislante eléctrica. La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad. De acuerdo con la teoría moderna de la materia (comprobada por resultados experimentales), los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas. Estas cargas negativas, los electrones, son indivisibles e idénticas para toda la materia. En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor. A este movimiento de electrones es a lo que se llama corriente eléctrica. Algunos materiales, principalmente los metales, tienen un gran número de electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos materiales tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro, estos son los antes mencionados conductores. Los mejores conductores son los elementos metálicos, especialmente el oro, plata (es el más conductor), el cobre, el aluminio, etc. Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).

CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLANTES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA: Las características de los aislantes en sus electrones de valencia es que tienen 4 electrones en su último nivel energético, es el que posee mas. Conductividad y Resistividad de algunos elementos:                                                                

AISLANTES ELÉCTRICOS, CONDUCTORES DE CORRIENTE, SEMICONDUCTORES Y SUS ELECTRONES DE VALENCIA.

AISLANTES:

Aisladores eléctricos, o dieléctricos, son materiales que pueden soportar el flujo de corriente eléctrica. En otras palabras son materiales no conductores. Ellos son lo contrario de los conductores eléctricos que permiten que la electricidad fluya atravez de un material. Los aisladores eléctricos ayudan abrigo, protección y apoyo de conductores eléctricos.

Los aisladores son materiales de protección que ayuda a prevenir descargas eléctricas o chispas.

CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLANTES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:

Los aisladores eléctricos están compuestos de sustancias con electrones, o partículas de energía que están comprimidos en conjunto mediante un proceso químico. Es casi imposible conseguir el voltaje eléctrico para pasar a travez de estos materiales. El vidrio se utiliza como aislante eléctrico antes. De vidrio, junto con otros materiales no metálicos tales como la porcelana, mica y de cerámica pueden soportar el mas alto voltaje de la corriente eléctrica. La goma junto con los plásticos, tiene un umbral inferior de tensión de los vidrios y porcelana, debido a su composición de electrones sueltos. También hay aisladores compuestos que se derivan de una mezcla de diversos materiales.

CONDUCTOR DE CORRIENTE:

Un conductor de corriente es cualquier cuerpo/objeto que sea capaz de intercambiar electrones. Pueden ser líquidos u objetos metálicos.

Estructura Atómica del Cobre que es el mas utilizado para la conductividad de la corriente eléctrica.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:

Los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4 electrones en su última capa de valencia. Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico mas comunes son los metálicos, siendo el cobre el mas usado de entre todos ellos, otro metal mas utilizado es el aluminio y en aplicaciones especiales, debido a su baja resistencia y dureza a la corrosión, se usa el oro.

SEMICONDUCTORES:

Es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SEMICONDUCTORES EN SUS ELECTRONES DE VALENCIA:

El elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente. De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica.

Estructura Atómica de los Semiconductores que se utilizan mas que es el Silicio y el Germanio.

ELEMENTOS SEMICONDUCTORES MÁS UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS:

El elemento semiconductor mas usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 14 y 15 respectivamente. Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre.

Conductores

 

Semiconductores

 

Aislantes

Foto de los integrantes

Integrantes:
Edwin Morales Reyes
Gerson Alexis González García
Jose Aldo Rodiguez Moreno
Michael Salvador Reyes
Roberto Azael Lucio Mascorro