Semiconductores

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3.1 Investigar las características de los materiales semiconductores, su estructura atómica y la forma como se comportan al paso de la corriente eléctrica.
3.2 Analizar los enlaces de los semiconductores y los fenómenos asociados como efecto de la conductividad y sus límites estructurales.
3.3 Describir las características que se necesitan para un semiconductor de potencia y el comportamientobajo condiciones de carga.

Mendoza Hernández Marco Antonio

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas A 28 De Octubre, 2009

3.1 Investigar las características de los materiales semiconductores, su estructura atómica y la forma como se comportan al paso de la corriente eléctrica.

Semiconductores Intrínsecos

Mecanismos De Conducción Eléctrica En Semiconductores Intrínsecos

Los semiconductores sonaquellos materiales cuyas conductividad eléctrica comprendida entre las de los metales, muy conductores, y las de los aislantes, muy poco conductores. Los semiconductores intrínsecos son semiconductores puros cuya conductividad eléctrica viene determinada por sus propiedades conductoras inherentes. El silicio y germanio puros son materiales semiconductores intrínsecos estos elementos, que pertenecenal grupo IV-A de la clasificación periódica, poseen la estructura cubica del diamante con enlaces covalentes fuertemente direccionales (Figura 3-01). Los orbitales híbridos tetraédricos sp3 enlazantes contienen los pares electrónicos de enlaces que mantienen unidos los átomos unos a otros en la red cristalina. En esta estructura cada átomo del silicio o germanio contribuye con cuatro electronesde valencia.

Figura 3-01 Estructura cristalina cubica del diamante. En esta estructura, los átomos están unidos por enlaces covalentes sp3

La conductividad eléctrica en semiconductores puros tales como silicio o germanio puede describirse cualitativamente a partir de la representación bidimensional de la red cristalina cubica del diamante (Figura 3-02). Los circuitos en esta figurarepresentan los iones positivos de los átomos de silicio o germanio, y los pares de líneas que se cruzan indican electrones de valencia enlazantés. Los electrones de enlaces son incapaces de moverse a través de la red cristalina y conducir la electricidad, a menos que se comunique suficiente energía para excitarlos desde sus posiciones de enlaces. Cuando a un electrón de valencia de le comunica una cantidadcritica de energía para excitarle desde su posición de enlace para ser un electrón de conducción libre y deja tras de sí en la red cristalina un “hueco” cargado positivamente.

Figura 3-02 Representación bidimensional de la red cubica tipo diamante del silicio o germanio que muestra las posiciones de los iones positivos y de los electrones de valencia. Los electrones han sido excitados desde elenlace en A y se han desplazado al punto B.

Transporte De Cargas Eléctricas En La Red Cristalina De Silicio Puro

En el proceso de conducción eléctrica en un semiconductor como el silicio puro o el germanio, ambos, electrones y huecos, son portadores de carga y se mueven en un campo eléctrico cargado. Los electrones de condición tienen carga negativas y son atraídos al polo positivo de uncircuito eléctrico (Figura 3-03). Los huecos, por el contrario se comportan como cargas positivas y son atraídos al polo negativo de un circuito eléctrico (Figura 3-03). Un hueco tiene una carga positiva igual en magnitud a la carga del electrón.

Figura 4-03 Representación de la conducción eléctrica de un semiconductor, por ejemplo el silicio, que muestra la migración de electrones y huecos alaplicar un campo eléctrico.

EL movimiento de un hueco en un campo eléctrico puede visualizarse conforme se representa (Figura 3-04). Supongamos que existe un hueco en el átomo A donde falta un electrón de valencia (Figura 3-04a), cuando se aplica un campo eléctrico en la dirección que muestra la misma figura, se ejerce una fuerza sobre los electrones de valencia del átomo B y uno de los...
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