Circuitos Semiconductores

Circuitos semiconductores
Teoría de semiconductores
Los electrones de la capa más externa se conocen como electrones de valencia. Cuando elementos muy puros, como el silicio y el germanio, se enfrían desde el estado líquido, sus átomos se colocan en patrones ordenados que se llaman
cristales. Los electrones de valencia determinan la forma característica o estructura reticular del cristalresultante.
Los átomos de silicio y germanio tienen cuatro electrones de valencia cada uno. Aunque los electrones de valencia son retenidos con fuerza en la estructura cristalina, pueden romper sus enlaces y, por tanto, moverse en forma de conducción. Esto sucede si se proporciona suficiente energía externa (por ejemplo, en forma de luz o calor). Debido a la interacción entre átomos en un cristal, esposible que los electrones de valencia posean niveles de fuente de energía dentro de un intervalo de valores. Así como existe un intervalo o banda de fuente de energías para los electrones de valencia, hay otro intervalo de valores de fuente de energía para los electrones libres, es decir, aquellos que rompen el enlace y forman un canal de conducción.
Conducción en los materiales.
En la figura 1.2 sepresentan tres diagramas de niveles de fuente de energía. En la figura 1.2 (a) las bandas de fuente de energía se encuentran muy separadas. La región sin sombrear representa una banda prohibida de niveles de fuente de energía en el cual no se encuentran electrones. Cuando esta banda es relativamente grande, como se muestra en la figura, el resultado es un aislante.
Si la banda es más o menospequeña (del orden de un electrón volt (eV), la cantidad de energía cinética que aumenta un electrón cuando cae a través de un potencial de 1 V o 1.6 x 10 –19 J), el resultado es un semiconductor.
La fuente de energía necesaria para romper un enlace covalente es función del espaciamiento atómico en el cristal. Cuanto más pequeño sea el átomo, más pequeño será el espaciamiento y mayor la fuente deenergía necesaria para romper los enlaces covalentes. El conductor, o metal, se tiene cuando las bandas se traslapan, como se muestra en de la figura 1.2 (c). El conductor permite que se muevan las cargas eléctricas cuando existe una diferencia de potencial a través del material. En un conductor, no existen barrera alguna entre la fuente de energía de electrón de valencia y la del electrón deconducción. Esto significa que un electrón de valencia particular no está asociado fuertemente a su propio núcleo. Por tanto, es libre de moverse a través de la estructura. Este movimiento de electrones, generalmente como respuesta a la aplicación de un potencial, es la conducción.

Figura 1.2
Conducción en materiales semiconductores
En los átomos de silicio y germanio, los electrones se mantienen juntoscon suficiente fuerza. Los electrones interiores se encuentran a gran profundidad dentro del átomo, mientras que los electrones de valencia son parte del enlace covalente: no pueden desprenderse sin recibir una considerable cantidad de energía. En calor y otras fuentes de energía provocan que los electrones en la banda de valencia rompan sus enlaces covalentes y se conviertan en electrones libresen la banda de conducción. Por cada electrón que deja la banda de valencia, se forma un " hueco ". Un electrón cercano a la banda de valencia puede moverse y llenar el hueco, creando otro, prácticamente sin intercambio de energía. La conducción provocada por los electrones en la banda de conducción es diferente de la conducción debida a los huecos dejados en la banda de valencia. En semiconductorespuros, existen tantos huecos como electrones libres.

La fuente de energía térmica interna aumenta la actividad de los electrones; por tanto, saca a los electrones de valencia de la influencia del enlace covalente y los dirige hacia la banda de conducción. De esta forma, existe un número limitado de electrones en la banda de conducción bajo la influencia del campo eléctrico aplicado; estos...