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Dispositivos semiconductores

El dispositivo semiconductor mas simple es el diodo. Como se muestra en la figura 1.1 está hecho por la unión de un material semiconductor de tipo N y otro de tipo P. Nos ocuparemos solo de los diodos de Silicio. Hay diodos construidos de otros materiales tales como el Germanio y el Arseniato de Galio, pero su forma de operar es esencialmente la misma.


Figura1.1
Es fácil darse cuenta que un diodo semiconductor es básicamente un interruptor controlado eléctricamente. Como ejemplo considere el diodo de silicio mostrado en la figura 1.1 . la parte operacional del diodo es una pieza especialmente tratada de silicio que tiene dos regiones un
ánodo ( región tipo P) y un cátodo (región tipo N).
El diodo actúa como una válvula de cheque, deja circularlas cargas eléctricas en una dirección pero impide el paso en dirección contraria. La dirección de conducción es aquellas cuando el ánodo es mas positivo que el cátodo y se sobrepasa el umbral de voltaje de alrededor de 0.7 voltios de esta forma se establece la corriente.
En la dirección inversa el cátodo es mas positivo que el ánodo es decir la corriente está tratando de circular en sentidocontrario lo que no es
permitido por el diodo. De manera que podemos

Figura 1.2
resumir el diodo como una forma automática de interruptor, cuando la corriente está en el sentido de la conducción esta se permite, en sentido contrario se impide.
La permutación ocurre en respuesta a señales eléctricas (el voltaje a que está sometido el diodo) y ocurre a muy alta velocidad. El proceso de permitir elpaso de la corriente en una dirección e impedirla en la otras se denomina rectificación. Algunos diodos pueden rectificar corrientes en el orden de los gigahertz, lo que significa miles de millones de ciclos por segundo.
La diferencia entre regiones P y N

Cuál es la diferencia entre las regiones del ánodo P y el cátodo N en el silicio. En principio el material básico para ambos es un chip hechode un único cristal de silicio. Lo que significa que todos los átomos dentro del cristal están alineados en las mismas filas y capas a través de todo el cristal, sin embargo ciertas modificaciones se hacen al cristal de silicio en cada región. La región del ánodo tiene algunos átomos de aluminio mezclados con los de silicio. Debido a eso y por razones que veremos mas adelante, el material deánodo es llamado silicio de tipo P. De la misma forma, la región del cátodo del cristal tiene algunos átomos de fósforo puestos por aquí y por allá, este tipo de material se llama silicio tipo N.
Enlaces covalentes del silicio

El silicio es un elemento químico; es decir, es uno de los elementos básicos que combinado puede formar otras sustancias. Las rocas y el suelo, probablemente contienen massilicio que cualquier otro elemento. Un grano de arena es en principio un cristal de cuarzo constituido por silicio y oxígeno. El silicio puro se obtiene de la arena separándole el oxígeno. El silicio se usa para aparatos semiconductores por la forma especial en la que los electrones fluyen en los átomos de silicio dentro del cristal. Este flujo dependerá de como los átomos se conectan entre ellos.Figura 1.3
Si echamos una mirada dentro de una pieza cristalina de silicio con un microscopio de enorme amplificación, podríamos ver los átomos de silicio colocados en filas y capas tal y como se muestra en la figura 1.3 cada átomo luciría como una bolita difusa conectada con un enlace también difuso a otros cuatro átomos vecinos. La parte de la bolita se llama núcleo del átomo, lasextensiones que conectan los núcleos de diferentes átomos se llaman enlaces covalentes.
Esta organización particular de los átomos en el cristal se llama estructura cristalográfica. El mismo modelo puede representar cualquier cristal semiconductor; por ejemplo, Germanio, Silicio o Carbono. Sí, carbono, en la forma de diamante, puede ser utilizado como material semiconductor que operar a temperaturas...