Introduccion A Los Diodos

Dr.-Ing. Paola Vega Castillo EL – 2207 Elementos Activos

II Semestre 2011

Capítulo 1. Semiconductores Los semiconductores son el material base con el cual se construyen los elementos activos. Conviene en este momento recordar la clasificación de elementos en elementos pasivos y activos, para comprender el objeto de estudio de este curso. Elementos activos son aquellos que cumplen alguna delas siguientes características: • Pueden otorgar energía en un tiempo infinito. Como ejemplo de estos elementos se tiene básicamente a las fuentes de tensión y corriente. • Permiten la amplificación de voltaje o corriente. Como ejemplo de este caso se tiene a los transistores. Por otra parte, los elementos pasivos son aquellos que: • No pueden otorgar energía en un tiempo infinito, sino sóloconsumirla o almacenarla durante un tiempo limitado. • No permiten la amplificación de voltaje o corriente. En este curso de estudiarán los elementos activos más importantes, así como otros dispositivos electrónicos basados en semiconductores. Además, en el curso se presentará un resumen de los conceptos básicos de física de semiconductores, así como de los principales dispositivos basados en estosmateriales y sus aplicaciones básicas. Así mismo, se discutirá la fabricación de circuitos integrados y el flujo de diseño físico de circuitos analógicos (flujo analógico de back-end). 1.1 Estructura atómica Como es bien conocido, el átomo posee un núcleo en el cual se concentran los protones y los neutrones, y una nube electrónica, en la cercanía del núcleo, en la cual se encuentran los electrones.Esta nube electrónica es en realidad una organización espacial de los electrones caracterizada por niveles de energía, los cuales se representan con el número cuántico principal n. El número cuántico principal indica la energía del nivel y la distancia de este nivel con respecto al núcleo. Estos niveles de energía contienen orbitales, los cuales son regiones de alta probabilidad de encontrar alelectrón. Los orbitales son zonas espaciales cuya forma está descrita por las soluciones de la ecuación de Schrödinger. La orientación de dichos orbitales en el espacio está dada por el número cuántico magnético m. El cuarto y último número cuántico, spin, está relacionado con la rotación del electrón sobre su propio eje. De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, los electrones de un átomoocupan estados electrónicos -descritos por los cuatro números cuánticos- de forma tal que dos electrones no ocupan un mismo estado electrónico, es decir,

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no existen electrones que tengan los mismos números cuánticos. Este principio, junto con el principio de construcción (Aufbau Prinzip) determina la forma enque se ocupan los estados electrónicos definidos por los números cuánticos. El principio de construcción establece que los electrones ocupan primero los niveles de menor energía, dado que éstos son los niveles más estables. De acuerdo con estos números, los electrones se han ordenado en la tabla periódica de los elementos. En esta pueden distinguirse, entre muchas otras formas de clasificación delos elementos, la división de los elementos en metales, metaloides y no metales. De los elementos de la tabla periódica interesa, para los objetivos de este curso, los elementos metálicos y metaloides de los grupos II, III, IV, V y VI, pero especialmente aquellos del grupo 4. 1.2 Clasificación de los materiales Los materiales pueden clasificarse, de acuerdo con su conductividad eléctrica, en trestipos: a) Aislantes: Los aislantes se caracterizan por tener electrones fuertemente ligados al núcleo, a los cuales se les debe aplicar una gran cantidad de energía para desligar al electrón del núcleo de manera que éste pueda participar en el proceso de conducción eléctrica. Estos materiales presentan, por lo tanto, una baja conducción eléctrica. Ejemplos de estos materiales son el dióxido de...