Los materiales semiconductores

1. Universidad tecnológica del sureste de
Veracruz
Nombre : Luis Oswaldo Esteban Lázaro
Matrícula : 19190624
Materia : Estructura y propiedades de los materiales
Docente : Saraí Nintai Orozco Gracia
Grupo : 401
Período: Septiembre – Diciembre
Nombre de proyecto : Resultado de aprendizaje
Carrera : TSU Mecánica Automotriz

2. Tabla de contenido
Propiedades de los materiales
Conductores
Estructuras cristalinas de los materiales conductores
Semiconductores
Estructura atómica de los semiconductores
Estructura atómica de los elementos semiconductores
Germanito
Propiedades del germanio
Usos del germanio
Materiales dopantes y estructuras atómicas
Galio
Propiedades del galio
Usos de galio
Propiedades atómicas del galio
Fósforo
Propiedades del fósforo
Boro
Propiedades del boro
Usos del boro
Carbono
Aplicaciones
Semiconductores Tipo N y A
Tipo N
Tipo P
Unión semiconductores

3. Introducción
El estudio en el resultado de aprendizaje en estructura y propiedades de los materiales
comprendimos que los elementos que la componen tiene propiedades diferentes y
reaccionan de manera diferente una ala otra, cada elemento tiene una propiedad que le da
características mutuas
Sus estructuras que las conforman son complejas y son diferentes una ala otra tienen
funciones diferentes , los elementos tiene diferente estructura atómica , estructura cristalina
,diferentes propiedades y diferentes usos
Los materiales conductores son los que permiten que el calor o electricidad viaje a través de
sus cuerpos y los aislantes son los que bloquean el calor o electricidad
Los materiales son los elementos que se necesitan para fabricar un objeto. Los objetos que
nos rodean están fabricados por diversos materiales. La fabricación de los objetos puede ser
hecha por uno o más materiales. Según su procedencia hay dos tipos de materiales, estos
pueden ser naturales o artificiales.

4. Propiedades de los materiales
Las Propiedades de los materiales son el conjunto de características que hacen que el material
se comporte de una manera determinada ante estímulos externos como la luz, el calor, las
fuerzas, el ambiente, etc.…
Los materiales que se necesitan para elaborar un determinado producto se diferencian entre
sí y los vamos a elegir en función de sus propiedades.
Las propiedades de los materiales se pueden agrupar en base a distintos criterios. Nosotros,
desde un punto de vista técnico, vamos a establecer la siguiente clasificación:
• Propiedades sensoriales
• Propiedades físico químicas
• Propiedades mecánicas
• Propiedades tecnológicas

5. Conductores
Los conductores son aquellos materiales que permiten que los electrones fluyan libremente
de partícula a partícula. Un objeto hecho de un material conductor permitirá que se transfiera
una carga a través de toda la superficie del objeto. Si la carga se transfiere al objeto en un
lugar determinado, esta se distribuye rápidamente a través de toda la superficie del objeto.
La distribución de la carga es el resultado del movimiento de electrones. Los
materiales conductores permiten que los electrones sean transportados de partícula a
partícula, ya que un objeto cargado siempre va a distribuir su carga hasta que las fuerzas de
repulsión globales entre electrones en exceso se reduzcan al mínimo.
De este modo, si un conductor cargado es tocado a otro objeto, el conductor puede incluso
transferir su carga a ese objeto.
Estructuras cristalinas de los materiales conductores

6. La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los
átomos,
moléculas o iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión de las
partículas:
• Estado amorfo: Las partículas
componentes del sólido se agrupan al azar.
• Estado cristalino: Los átomos (moléculas o
iones) que componen el sólido se disponen
según un orden regular. Las partículas se
sitúan ocupando los nudos o puntos singulares
de una red espacial geométrica
tridimensional.
Los metales, las aleaciones y determinados
materiales cerámicos tienen estructuras cristalinas.
Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino
se pueden representar situándolos en una red
tridimensional, que se denomina retículo
espacial o cristalino. Este retículo espacial se
puede definir como una repetición en el espacio
de celdas unitarias.
La celda unitaria de la mayoría de las
estructuras cristalinas son paralelepípedos o

7. prismas con tres conjuntos de caras paralelas
Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos:
a) Cristales iónicos: punto de fusión elevado, duros y muy frágiles,
conductividad
eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. Ej: NaCl (sal común)
b) Cristales covalentes: Gran dureza y elevada temperatura de fusión. Suelen
ser
transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad. No sufren
deformación plástica (es decir, al intentar deformarlos se fracturan). Ej:
Diamante
c) Cristales metálicos: Opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos. No
son
tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles. Hierro, estaño,
cobre,...
Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red

8. Semiconductores

9. Semiconductor (abreviadamente, SC) es un elemento que se comporta como un conductor o
como un aislante dependiendo de diversos factores, por ejemplo: el campo eléctrico o
magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se
encuentre.
Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.
Silicio purificado
Elemento GruposElectrones en
La última capa
Cd 12 2 e-
Al, Ga, B, In 13 3 e-
Si, C, Ge 14 4 e-
P, As, Sb 15 5 e-
Se, Te, (S) 16 6 e-
El elemento semiconductor más usado es el Silicio[2], seguido del Germanio, aunque
presentan un idéntico comportamiento las combinaciones de elementos de los grupos 12 y
13 con los de los grupos 16 y 15 respectivamente (Ga As, P In, As Ga Al, Te Cd, Se Cd y S
Cd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el Azufre. La característica común
a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².
Información general
“Los materiales semiconductores provienen de diferentes grupos de la tabla periódica, sin
embargo, comparten ciertas similitudes.
Las propiedades del material semiconductor están relacionados con sus características
atómicas, y cambian de un grupo a otro.
Los investigadores y los diseñadores se aprovechan de estas diferencias para mejorar el
diseño y elegir el material óptimo para una aplicación PV.”[3]
Se pueden clasificar en dos tipos:
Semiconductores intrínsecos: son los que poseen una conductividad eléctrica fácilmente
controlable y, al combinarlos de forma correcta, pueden actuar como interruptores,
amplificadores o dispositivos de almacenamiento.

10. Semiconductores extrínsecos: se forman al agregar a un semiconductor intrínseco sustancias
dopantes o impurezas, su conductividad dependerá de la concentración de esos átomos
dopantes.
Dependiendo de esas impurezas habrán dos tipos:
Semiconductores de tipo n: En las redes de Si o Ge se introducen elementos del grupo 15 los
cuales debido a que tienen un electrón mas en su capa de valencia que los elementos del
grupo14 se comportan como impurezas donadoras de electrones o portadores negativos.
Semiconductores de tipo p: En este caso se introducen elementos del grupo 13 que presentan
un electrón menos en su capa de valencia, por lo que se comportan como aceptores o
captadores de electrones.

11. Estructura atómica de los semiconductores
1. Los semiconductores son compuestos de átomos unidos juntos para formar una
estructura uniforme.
2. Cada átomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia que son compartidos, que
forma un enlace covalente con los cuatro átomos de Si circundantes.
3. La comprensión de cómo se organizan estos átomos es de vital importancia en la
comprensión de las propiedades de los materiales de diferentes semiconductores, y
la mejor manera de aplicar ingeniería ellos.
Semiconductores, como el silicio (Si) se componen de átomos individuales unidos entre sí
en una estructura regular y periódica para formar un entramado por el cual cada átomo está
rodeado por 8 electrones. Un átomo individual se compone de un núcleo formado por un
núcleo de protones (partículas con carga positiva) y neutrones (partículas que no tienen
carga), rodeado por electrones. El número de electrones y protones es igual, de tal manera
que el átomo es eléctricamente neutro, en general. Los electrones que rodean a cada átomo
en un semiconductor son parte de un enlace covalente. Un enlace covalente se compone de
dos átomos"compartiendo" un solo electrón. Cada átomo forma 4 enlaces covalentes con
los 4 átomos circundantes. Por lo tanto, entre cada átomo y sus 4 átomos circundantes, 8
electrones se comparten. La estructura de un semiconductor se muestra en la siguiente
figura.
Representación esquemática de los enlaces covalentes en una red cristalina de silicio. Cada
línea que une los átomos representa un electrón que se comparte entre los dos. Los dos
electrones que se comparten forman el enlace covalente.

13. Estructura atómica de elementos semiconductores
ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS SEMICONDUCTORES: La mayor parte de los
dispositivos electrónicos modernos están fabricados a partir de semiconductores. Para
comprender el funcionamiento de estos dispositivos cuando se insertan en un circuito
eléctrico, es necesario conocer el comportamiento de los componentes desde un punto de
vista físico. Por ello, en este tema se presentan las propiedades y características
fundamentales de este tipo de materiales. Si los conductores son materiales que disponen de
electrones libres y los aislantes carecen de ellos, los semiconductores se encuentran en una
situación intermedia: a la temperatura de 0 K se comportan como aislantes, pero mediante
una aportación de energía puede modificarse esta situación, adquiriendo un
comportamiento más cercano al de los conductores.
Los materiales semiconductores de uso común en la tecnología microelectrónica son el
silicio, el germanio y el arseniuro de galio. Se trata de elementos del grupo IV de la tabla
periódica, o bien combinaciones de elementos de los grupos III y V. De todos ellos, el más
empleado actualmente es el silicio, por lo que la discusión en este tema va a estar centrada
en dicho elemento. No obstante la gran mayoría de lo aquí expuesto puede aplicarse a
cualquier semiconductor

14. Germanio
Nombre masculino
Elemento químico de número atómico 32, masa atómica 72,59 y símbolo Ge ; es un elemento
semimetálico cristalino de color blanco grisáceo, duro, muy resistente a los ácidos y a las
bases, que se encuentra en pequeñas cantidades en yacimientos de plata, cobre y cinc; se
utiliza en la fabricación de transistores y otros dispositivos electrónicos.

15. Propiedades del germanio
Es un semimetal, de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo a
temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina que el diamante y resiste a
los ácidos y álcalis.
Forma gran número de compuestos órganos metálicos y es un importante material
semiconductor utilizado en transistores y foto detectores. A diferencia de la mayoría de
semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que
responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja
intensidad
El germanio forma parte de los elementos denominados metaloides o semimetales. Este tipo
de elementos tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. En cuanto a su
conductividad eléctrica, este tipo de materiales al que pertenece el germanio, son
semiconductores.
El estado del germanio en su forma natural es sólido. El germanio es un elmento químico de
aspecto blanco grisáceo y pertenece al grupo de los metaloides. El número atómico del
germanio es 32. El símbolo químico del germanio es Ge. El punto de fusión del germanio es
de 1211,4 grados Kelvin o de 939,25 grados celsius o grados centígrados. El punto de
ebullición del germanio es de 3093 grados Kelvin o de 2820,85 grados celsius o grados
centígrados.

16. Usos del germanio
Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se
investiga su sustitución por materiales más económicos.
Fibra óptica.
Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas usados para recrear sonidos de
la primera época del rock and roll; aleaciones de Germanito de Silicio (SiGe) en circuitos
integrados de alta velocidad. También se utilizan compuestos sándwich Si/Ge para aumentar
la movilidad de los electrones en el silicio (streched silicon).
Óptica de infrarrojos, en forma de metal, ya que es opaco en la zona de la luz visible, pero
transparente en el infrarrojo, entre 2 y 25 micrómetros.[3] Espectroscopios, sistemas de
visión nocturna y otros equipos.
Lentes, con alto índice de refracción, de ángulo ancho y para microscopios.
En joyería se usa la aleación Au con 12% de germanio.
Como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.
Quimioterapia.
El tetracloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la síntesis de
polímeros (PET). Actualmente, este es su uso principal. [3]

17. Materiales dopantes y estructuras atómicas
En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar
impurezas en un semiconductor (abreviadamente, SC) extremadamente puro (también
referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas
utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar.
Esquema del campo eléctrico creado en una célula fotovoltaica mediante la unión pn entre
dos capas de semiconductores dopados.
A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un
semiconductor altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un
semiconductor, es llamado degenerado.
El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades
conductoras de un semiconductor es muy pequeña. Cuando se agregan un pequeño número
de átomos dopantes (en el orden de 1 cada 100 000 000 de átomos) entonces se dice que el
dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden de 1 cada 10
000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se representa
con la nomenclatura N+ para material de tipo N, o P+ para material de tipo P.
Información general
El dopaje es una técnica utilizada para variar el número de electrones y huecos en
semiconductores
Dopaje crea material de tipo N cuando los materiales semiconductores del grupo IV se dopan
con los átomos del grupo V . materiales de tipo P se crean cuando los materiales
semiconductores del grupo IV se dopan con los átomos del grupo III.
Materiales de tipo N aumentan la conductividad de un semiconductor mediante el aumento
del número de electrones disponibles; materiales de tipo P aumentar la conductividad al
aumentar el número de orificios presentes.”

19. Galio
Galio.. Metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar, sólido
deleznable a bajas temperaturas por lo que funde a temperaturas cercanas a la ambiente
(como cesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando se lo agarra con la mano por su bajo punto
de fusión (28,56 °C). El galio es un elemento químico de la Tabla Periódica de los elementos
químicos, de número atómico 31 y símbolo Ga.
Por su intenso y brillante plateado y la capacidad de mojar superficies de vidrio y porcelana
se utiliza en la construcción de espejos.
1Elemento químico de número atómico 31, masa atómica 69,72 y símbolo Ga; es un metal
gris azulado en estado sólido y de color plateado en estado líquido, estado en el que se
mantiene a temperatura ambiente; aparece en pequeñas cantidades en blendas de cinc,
bauxita, pirita, magnetita y caolín; se usa para fabricar termómetros de alta temperatura
debido a su bajo punto de fusión y su alto punto de ebullición.

20. Propiedades del galio
El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar,
sólido deleznable a bajas temperaturas que funde a temperaturas cercanas a la del ambiente
como, el cesio, mercurio y rubidio e incluso cuando se sostiene en la mano por su bajo punto
de fusión (29,7646 °C). El rango de temperatura en el que permanece líquido es uno de los
más altos de los metales (2174 °C separan sus puntos de fusión y ebullición) y la presión de
vapor es baja incluso a altas temperaturas. El metal se expande un 3,1% al solidificar y flota
en el líquido al igual que el hielo en el agua.
Presenta una acusada tendencia a subenfriarse por debajo del punto de fusión (permaneciendo
aún en estado líquido) por lo que es necesaria una semilla (un pequeño sólido añadido al
líquido) para solidificarlo. La cristalización no se produce en ninguna de las estructuras
simples; la fase estable en condiciones normales es ortorrómbica, con 8 átomos en cada celda
unitaria en la que cada átomo solo tiene otro en su vecindad más próxima a una distancia de
2,44 Å y estando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura el enlace químico formado entre
los átomos más cercanos es covalente siendo la molécula Ga2 la que realmente forma el
entramado cristalino.

21. Usos del galio
El uso principal del galio es en semiconductores donde se utiliza comúnmente en circuitos
de microondas y en algunas aplicaciones de infrarrojos. También se utiliza en para fabricar
diodos LED de color azule y violeta y diodos láser.
El galio se usa en las armas nucleares para ayudar a estabilizar el plutonio.
Se puede utilizar en el interior de un telescopio para encontrar neutrinos.
El galio se usa como un componente en algunos tipos de paneles solares.
También se utiliza en la producción de espejos.
El galinstano que es una aleación de galio, indio y estaño, se utiliza en muchos termómetros
médicos. Este ha sustituido a los tradicionales termómetros de mercurio que pueden ser
peligrosos. Actualmente se encuentra en proceso de investigación la sustitución con galio del
mercurio de los empastes dentales permanentes.
El galinstano se puede aplicar al aluminio de modo que pueda reaccionar con el agua y
generar hidrógeno.
También tiene muchas aplicaciones médicas. Por ejemplo, las sales de galio se usan para
tratar a personas con exceso de calcio en su sangre. Los isótopos de galio se utilizan en
medicina nuclear para explorar a los pacientes en ciertas circunstancias

22. Propiedades atómicas del galio
La masa atómica de un elemento está deter
minado por la masa total de neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo
perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición donde encontrar el galio dentro de la
tabla periódica de los elementos, el galio se encuentra en el grupo 13 y periodo 4. El galio
tiene una masa atómica de 69,723 u.
La configuración electrónica del galio es [Ar]3d10 4s2 4p1. La configuración electrónica
de los elementos, determina la forma el la cual los electrones están estructurados en los
átomos de un elemento. El radio medio del galio es de 130 pm, su radio atómico o radio de
Bohr es de 136 pm, su radio covalente es de 126 pm y su radio de Van der Waals es de 187
pm. El galio tiene un total de 31 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera
capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su tercera capa tiene 18
electrones y en la cuarta, 3 electrones

23. Fósforo
El fósforo es un elemento químico de número atómico 15 y símbolo P. El nombre proviene
[foros] ‘portador’. Es un no metal multivalente perteneciente al grupo del nitrógeno (Grupo
15 (VA): nitrogenoideos) que se encuentra en la naturaleza combinado en fosfatos
inorgánicos y en organismos vivos pero nunca en estado fundamental. Es muy reactivo y se
oxida espontáneamente en contacto con el oxígeno atmosférico emitiendo luz.

24. Propiedades del fósforo
El fósforo es un componente esencial de los organismos.
Es el segundo mineral más abundante en el cuerpo humano.[1]
Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN).
Forma parte de los huesos y dientes de los animales.
En las plantas en una porción de 0,2 % y en los animales hasta el 1 % de su masa es fósforo.
El fósforo común es un sólido.
De color blanco, pero puro es incoloro.
Un característico olor desagradable.
Es un no metal.
Emite luz por fosforescencia.
Dibujo de la molécula del Fósforo, realizado a base en literatura en cuanto a dónde colocar
los átomos.
Existen varias formas alotrópicas del fósforo, siendo las más comunes el fósforo blanco y el
rojo; ambos forman estructuras tetraédricas de cuatro átomos. El fósforo blanco,
extremadamente tóxico e inflamable presenta dos formas, alfa y beta, con una temperatura
de transición de −3,8 °C; expuesto a la luz solar o al calor (300 °C) se transforma en fósforo
rojo en reacción exotérmica. Este es más estable y menos volátil y tóxico que el blanco y es
el que se encuentra normalmente en los laboratorios y con el que se fabrican las cerillas. El
fósforo negro presenta una estructura similar al grafito y conduce la electricidad, es más
denso que los otros dos estados y no se inflama.

25. Boro
El boro es un elemento químico de la tabla periódica de los elementos que tiene el símbolo
B[1] y número atómico 5, su masa es de 10,811. Es un elemento metaloide, semiconductor,
trivalente que existe abundantemente en el mineral bórax. Hay dos alótropos del boro; el boro
amorfo es un polvo marrón, pero el boro metálico es negro. La forma metálica es dura (9,5
en la escala de Mohs) y es un mal conductor a temperatura ambiente. No se ha encontrado
libre en la naturaleza.

26. Propiedades del boro
El boro es un elemento con vacantes electrónicas en el orbital; por ello presenta una acusada
apetencia de electrones, de modo que sus compuestos se comportan a menudo como ácidos
de Lewis, reaccionando con rapidez con sustancias ricas en electrones.[2][3]
Entre las características ópticas de este elemento, se incluye la transmisión de radiación
infrarroja. A temperatura ambiente, su conductividad eléctrica es pequeña, pero es buen
conductor de la electricidad si se encuentra a una temperatura alta.
Este metaloide tiene la más alta resistencia a la tracción entre los elementos químicos
conocidos; el material fundido con arco tiene una resistencia mecánica entre 1.600 y 2.400
MPa.
El nitruro de boro, un aislante eléctrico que conduce el calor tan bien como los metales, se
emplea en la obtención de materiales tan duros como el diamante. El boro tiene además
cualidades lubricantes similares al grafito y comparte con el carbono la capacidad de formar
redes moleculares mediante enlaces covalentes estables.

27. Usos del boro
El compuesto de boro de mayor importancia económica es el bórax que se emplea en grandes
cantidades en la fabricación de fibra de vidrio aislante y perborato de sodio. Otros usos
incluyen:
Las fibras de boro usadas en aplicaciones mecánicas especiales, en el ámbito aeroespacial,
alcanzan resistencias mecánicas de hasta 3600 MPa.[4]
El boro amorfo se usa en fuegos pirotécnicos por su color verde.
El ácido bórico se emplea en productos textiles.[5]
El boro es usado como semiconductor.[6][7][8][9]
Los compuestos de boro tienen muchas aplicaciones en la síntesis orgánica y en la fabricación
de cristales de borosilicato.
Algunos compuestos se emplean como conservantes de la madera, siendo de gran interés su
uso por su baja toxicidad.[10] and ReB2[11][12]
El B-10 se usa en el control de los reactores nucleares, como escudo frente a las radiaciones
y en la detección de neutrones.
Los hidruros de boro se oxidan con facilidad liberando gran cantidad de energía por lo que
se ha estudiado su uso como combustible.[5][13]
En la actualidad, la investigación se está conduciendo en la producción de combustible en
forma de hidrógeno con la interacción del agua y de un hidruro de boro (tal como NaBH4).
El motor funcionaría mezclando el hidruro de boro con agua para producir el hidrógeno según
lo necesitado, de modo que solucionen algunas dificultades de aplicar el hidrógeno con
seguridad en el transporte y su correspondiente almacenaje.

28. Carbono
El carbono (del latín, carbo, ‘carbón’) es un elemento químico con símbolo C, número
atómico 6 y masa atómica 12,01. Es un no metal y tetravalente, disponiendo de cuatro
electrones para formar enlaces químicos covalentes. Tres isótopos del carbono se producen
de forma natural, los estables 12C y 13C y el isótopo radiactivo 14C, que decae con una vida
media de unos 5730 años.[1] El carbono es uno de los pocos elementos conocidos desde la
antigüedad,[2] y es el pilar básico de la química orgánica. Está presente en la Tierra en estado
de cuerpo simple (carbón y diamantes), de compuestos inorgánicos (CO2 y CaCO3) y de
compuestos orgánicos (biomasa, petróleo y gas natural). También se han sintetizado muchas
nuevas estructuras basadas en el carbono: carbón activado, negro de humo, fibras, nanotubos,
fullerenos y grafeno.

29. Aplicaciones del carbono
El principal uso industrial del carbono es como un componente de hidrocarburos,
especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por
destilación en las refinerías, gasolinas, queroseno y aceites, siendo además la materia prima
empleada en la obtención de plásticos. El segundo se está imponiendo como fuente de energía
por su combustión más limpia. Otros usos son:
El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación
radiométrica.
El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza
como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos
y aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos
químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas
muy separadas entre sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil
de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química:
carbono.
El diamante es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo de carbono está unido
de forma compacta a otros cuatro átomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en
el interior de la tierra. Se emplea para la construcción de joyas y como material de corte
aprovechando su dureza.
Como elemento de aleación principal de los aceros.
En varillas de protección de reactores nucleares.
Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema
digestivo y como remedio de la flatulencia.
El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua.
El carbón amorfo (“hollín”) se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas.
Además se emplea en la formación de electrodos (p. ej. De las baterías). Obtenido por
sublimación del grafito, es fuente de los fullerenos que pueden ser extraídos con disolventes
orgánicos.
Los fullerenos se emplean en medicina, se ha probado que un derivado soluble en agua del
C60 inhibe a los virus de inmunodeficiencia humana VIH-1 y VIH-2.[10]
La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) debido
a que son de alta resistencia se añade a resinas de poliéster, obteniéndose los materiales
denominados fibras de carbono, son empleadas para fabricar raquetas de tenis.

30. La fibra de carbono también se utiliza para la elaboración de bicicletas de gama alta, logrando
un menor peso, mayor resistencia y mejor geometría.
Las propiedades químicas y estructurales de los fullerenos, en la forma de nanotubos,
prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.

31. Semiconductores Tipo N y P
Un semiconductor extrínseco es aquel al que se le añade átomos de impurezas para modificar
su conductividad eléctrica. A este hecho se le denomina “dopar” un semiconductor, por lo
que un semiconductor extrínseco es lo mismo que un semiconductor dopado.
Se puede dopar un semiconductor para que tenga una un exceso de electrones o huecos, por
lo que existen dos tipos de semiconductores dopados.
Semiconductores tipo N
Un semiconductor tipo N se obtiene añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor
para aumentar el número de portadores de cargas. Los átomos que se añaden son átomos
pentavalentes (5 electrones en el orbital de valencia), como el arsénico, antimonio y el
fósforo.
El átomo pentavalente estará rodeado de cuatro átomos de silicio, que compartirán un
electrón con el átomo central, pero en este caso quedará un electrón adicional. Como en el
orbital de valencia sólo pueden situarse cuatro electrones, el electrón libre queda en un orbital
mayor (orbital de conducción) por lo que se trata de un electrón libre.
Como el número de electrones es mayor que el de huecos, los electrones reciben el nombre
de portadores mayoritarios, y los huecos portadores minoritarios.
Semiconductores tipo P
Se produce igual que en el caso anterior pero añadiendo una impureza trivalente (átomos con
tres electrones en la capa de valencia, como el aluminio, el boro o el galio).
Cada uno de estos átomos comparte uno de sus electrones de valencia con la impureza. Así,
tendremos siete electrones en el orbital valencia, lo que significa que aparece un hueco en el
orbital de valencia de cada átomo trivalente. A un átomo trivalente se el denomina también
impureza aceptadora porque cada uno de los huecos que contribuye puede aceptar un electrón
libre durante la recombinación.
Ahora los huecos se denominan portadores mayoritarios, porque superan en número a los
electrones libres y éstos se denominarán portadores minoritarios.

33. Unión semiconductora
1. Uniéndose el material de tipo n con el material de tipo p provoca un exceso de electrones en
el material de tipo n que se difunden hacia el lado de tipo p y el exceso de huecos a partir
del material de tipo p se difunden hacia el lado de tipo n.
2. El movimiento de electrones para el lado de tipo p expone núcleos de iones positivos en el
lado de tipo n mientras que el movimiento de huecos para el lado de tipo n expone núcleos
de iones negativos en el lado de tipo p, lo que resulta en un campo de electrones en la unión
y la formación de la región de agotamiento.
3. Un voltaje es el resultado del campo eléctrico formado en la unión.
Las uniones P-N se forman mediante la unión de materiales semiconductores tipo n y de
tipo p, como se muestra a continuación. Puesto que la región de tipo n tiene una
concentración de electrones alta y la de tipo p tiene una concentración alta de agujeros, los
electrones se transportarán desde el lado de tipo n hasta el lado de tipo p. Del mismo modo
lo hará el flujo de huecos por difusión desde el lado de tipo p hasta el lado de tipo n. Si no
tuvieran carga los electrones y los huecos, este proceso de difusión continuaría hasta que la
concentración de electrones y agujeros en los dos lados fueran los mismos, como sucede
cuando dos gases entran en contacto unos con otros. Sin embargo, en una unión pn, cuando
los electrones y los huecos se mueven hacia el otro lado de la unión, dejan atrás las cargas
expuestas en los sitios de átomos dopantes, que están fijados en la red cristalina y son
incapaces de moverse. En el lado de tipo n, núcleos de iones positivos están expuestos. En
el lado de tipo p, los núcleos de iones negativos están expuestos. Se forma un campo
eléctrico E entre los núcleos positivos en el material de tipo n y núcleos negativos en el
material de tipo p. Esta región es llamada la "región de agotamiento", ya que el campo
eléctrico transporta fuera rápidamente portadores libres, por lo tanto, la región se agota de
portadores libres. Un "potencial de contacto" Vbi se forma en la unión debido a E. La
animación a continuación muestra la formación de Ê en la unión entre n y el material de
tipo p.

34. Bibliografía
Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales” (I, II) W.D. CALLISTER, Jr.,
Editorial Reverté, S.A., (2003). 620 CAL int
“Ciencia e Ingeniería de los Materiales” D. R. ASKELAND, Editorial Paraninfo- Thomson
Learning, (2001). 620 ASK cie
“Ciencia e Ingeniería de los Materiales.” W. F. SMITH, Editorial: McGraw-Hill, (2007).
Referencias complementarias
“Ciencia e Ingeniería de los Materiales: estructura y propiedades” J. A. Pero- Sanz Elorz,
Editorial: Dossat 2000, (2000).
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(2001)“Introducción a la Ciencia de Materiales Para Ingenieros”, J.F. Shackelford, Prentice
Hall, 1998.
“Steels: heat treatment and processing principles”, G. Krauss, ASM International, 1990.