Electronica basica

DISPOSITIVOS DE ESTADO SÓLIDO

CAPITULO XII

DISPOSITIVOS DE ESTADO SÓLIDO
Semiconductores El silicio, un material semiconductor. En el centro del átomo del silicio está el núcleo que consta de catorce cargas positivas (protones), circundando el núcleo en diminutas órbitas hay catorce cargas negativas (electrones). Como el número de cargas positivas es igual al número de cargas negativasdel átomo, se dice que esta eléctricamente neutro.

14+

electrones (cargas negativas)

Cargas positivas (Protones)

Fig. 12.1 Átomo de silicio. La órbita externa consta de cuatro cargas negativas. Cuando los átomos de silicio vienen unidos formando núcleos, ellos comparten sus cargas negativas externas y forman una unión firme. Esto los convierte en un buen aislante. Con la unión firme delas cargas negativas de la órbita externa, tenemos muy pocas cargas negativas libres disponibles para el flujo de la corriente. De esta manera desde el punto de vista eléctrico, el silicio puro sería aislante.

Fig. 12.2 Silicio puro

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Dopando el silicio. Para convertir el silicio puro en un semiconductor, se deben agregar átomos de impureza. A este proceso se le llama dopado y por mediode este el silicio puro se convierte en semiconductor. Hay dos tipos de impurezas, una que produce un exceso de portadores de cargas negativas, y la otra un exceso de huecos o portadores de cargas positivas. Si se agrega una pequeña cantidad de arsénico o fósforo al silicio, existirá en el material un ligero exceso de cargas negativas. Esto se debe a que estas sustancias tienen cinco electrones ensu órbita externa. El quinto electrón (carga negativa), no puede unirse con ningún átomo y queda flotando como un electrón libre o portador potencial de la corriente. Este nuevo material obtenido es conocido como un semiconductor tipo N, por que tiene un exceso de cargas negativas. + + +
+ + + + + + +

Fig. 12.3 Material tipo N. Cuando se le agrega al silicio, Boro o Galio, habrá una pequeñadeficiencia de cargas negativas. Como resultado habrá huecos en el semiconductor. El hueco puede ser tomado como un lugar cargado positivamente o portador de carga positiva. El material resultante es conocido como un semiconductor de material tipo P.
+ + + + + + + + + + + +

Fig. 12.4 Material tipo P. Si se conecta un voltaje a través de un cristal de silicio tipo N, el resultado es el flujo decorriente de las cargas negativas libres.

Fig. 12.5 Flujo de corriente en un material tipo N

+ _
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Si se conecta un voltaje a través de un cristal de silicio tipo P, los portadores de corriente son los huecos.

Cargas negativas llenando huecos

+ +

+ +

+ +

+ +

Cargas negativas moviendose

Fig. 12.6 Flujo de corriente en un material tipo P. Dentro del cristal tipo P,los huecos se mueven en la dirección opuesta al movimiento de las cargas negativas. Union PN Cuando a un bloque de semiconductor tipo N se une a un bloque de semiconductor tipo P, se forma una unión o juntura llamada diodo de unión PN o juntura PN.

P N
Fig. 12.7 Unión PN En este proceso se forma una barrera eléctrica en la unión de los materiales, que evita que los electrones del material tipoN se pasen al material tipo P. Diodos Son dispositivos fabricados con material semiconductor y tienen dos elementos llamados ánodo y cátodo.

+ _

Anodo

P N
Fig. 12.8 Diodo

Cátodo

Funcionamiento del diodo. Si se aplica un voltaje a la unión como se muestra en la siguiente figura, la barrera desaparece y el diodo conduce el flujo de corriente.

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-- -- --- +++++++ -- - -- - + +--- N-- + P+ + - - - + - -- -- - + + +
+ _ Batería
Fig. 12.9 Conducción de corriente Los electrones son rechazados por el polo negativo de la batería hacia la unión, y al mismo tiempo los huecos son rechazados por el polo positivo de la batería hacía la unión, donde estos (huecos) atraen a los electrones, creándose un camino para complementar el circuito, permitiendo que la corriente circule....