Semiconductores Conductores Estructura Cristalina Estructura Atómica Unión P-N Semiconductor Tipo N y P

1. [TÍTULO DEL DOCUMENTO]
UNIVERSIDAD
TECNOLOGICA DEL
SURESTE DE VERACRUZ
Nombre del
alumno
Morales Cruz Eddy Antonio
Matrícula 19190653
Carrera TSU en Química Área Industrial
Materia Estructura y Propiedades de los Materiales
Cuatrimestre Cuarto
Periodo
Septiembre – Diciembre
2020
GRUPO 405
Catedrático M.Sarai Nintai Orozco Gracia
Trabajo RA de Materiales Semiconductores
RESULTADO DE
APRENDIZAJE
TERCER PARCIAL
MATERIALES
SEMICONDUCTORES

2. 1
Tabla de contenido
Introducción ............................................................................................................................ 2
Materiales Semiconductores .................................................................................................... 3
Concepto de Materiales Semiconductores ............................................................................. 3
Tipo de semiconductores ..................................................................................................... 3
Ejemplos ............................................................................................................................. 4
Características de un material conductor ............................................................................... 5
Estructura cristalina de los materiales conductores ................................................................... 5
Estructura Cristalina.............................................................................................................. 6
Estructura cristalina ............................................................................................................. 7
Estructura atómica de semiconductores elementales: Silicio y Germanio ................................... 8
Silicio................................................................................................................................... 8
…………………………………………………………………………………………………………………………………………….......9
……………………………………………………………………………………………………………………………………………..…10
Germanio.......................................................................................................................10-13
Estructura atómica de dopantes: Boro, Galio, Fosforo y Carbono ..............................................13
Boro ..............................................................................................................................13-14
Galio...................................................................................................................................14
Fosforo...............................................................................................................................15
Carbono..............................................................................................................................16
Semiconductores Tipo N y P.....................................................................................................17
Tipo P .................................................................................................................................17
Tipo N.................................................................................................................................17
Semiconductor P-N..............................................................................................................18
La unión PN polarizada (polarización directa y polarización inversa)..........................................19
Unión PN........................................................................................................................19-20
La unión PN polarizada....................................................................................................20-21
Polarización directa del diodo..........................................................................................21-22
Polarización inversa........................................................................................................21-22
Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………………………23

3. 2
INTRODUCCION
En esta investigación se verá el tema de los Materiales Semiconductores que son
los Materiales que pueden trabajar como un semiconductor o un aislante todo
depende de sus propiedades Físicas y Químicas, así como mecánicas, pueden
conducir electricidad o calor, ya que su composición así lo permite, en este trabajo
lo primero que veremos es los materiales conductores, ejemplos, tipos y como se
utilizan o aplican, después veremos la estructura de esos mismos representados
con sus formas cristalinas , así como las formas atómicas del silicio y el germanio y
una descripción de los mismos, veremos cómo se ven la estructura atómica de
algunos materiales dopantes, por ultimo veremos los conductores tipo P y N, así
como la unión de ellas en directa e inversa.

4. 3
ConceptodeMaterialesConductores
La conductividad es una propiedad física de
ciertos materiales que ofrecen una mínima o casi
nula resistencia al paso de la corriente eléctrica
a través de ellos. A este tipo de materiales se les
llama conductores, y la explicación de este
comportamiento reside en la última capa de
electrones de cada uno de sus átomos.
Los conductores poseen pocos electrones en
esta capa, lo que hace que no se necesite mucha
fuerza para el movimiento de ellos entre átomos,
facilitando el paso de electricidad, compuesta
principalmente por electrones.
Tiposde Conductores
Los conductores se dividen en grupos según
cómo se fundamenta y lleva a cabo la
conducción eléctrica. De acuerdo a esta
clasificación, se dividen en:
 Conductores Metálicos: Quienes portan
la carga en este tipo de materiales son
los electrones, por lo que la conducción es
de tipo electrónica. Pertenecen a este grupo
los metales en general, así como las
aleaciones, que son fusiones de uno o más
metales.
 Conductores Gaseosos: Son conductores
en forma gaseosa, que han atravesado un
proceso de ionización. Este proceso les
brinda la capacidad de conducir electricidad
al estar electrónicamente cargados, formando isótopos con fuerte
electronegatividad para atraer y conducir el paso de corriente. Su uso ya no

5. 4
es tan frecuente, aunque son conocidos los usos de gases como oxígeno,
así como de inertes con fuerte electronegatividad (flúor, cloro o bromo).
 Conductores Electrolíticos: La conducción en este tipo de materiales
es iónica, donde mediante una reacción química una sustancia se divide en
sus polos positivos y negativos, permitiendo el paso de la electricidad a la
vez que se genera un desplazamiento de la materia. En este caso entran las
cubas electrolíticas, que conducen electricidad en soluciones con marcada
polaridad y facilidad de ionización (cloruros de sodio, magnesio, y potasio,
entre otros).
Ejemplos de Materiales Conductores
 Plata: Se considera a la plata como el mejor conductor de electricidad.
Debido al costo de este material, solo se utiliza en aplicaciones
determinadas, siendo más masivo el uso del cobre.
 Cobre Endurecido: No posee la misma conductividad que la plata, pero se
utiliza debido a su bajo costo en la mayoría de los cableados de
electrodomésticos y maquinaria.
 Oro: El uso del oro como conductor se limita a pequeñas aplicaciones como
celulares, relojes o plaqueta electrónicas.
 Aluminio: Al igual que el cobre, es un excelente conductor en relación a su
bajo costo.
 Acero: Esta aleación también es de bajo costo y alta conductividad, muy
usada para la conductividad en aplicaciones industriales.
 Soluciones Salinas: Debidoa los procesos de ionización de sales en medios
acuosos, son perfectas conductoras de electricidad. Según los componentes
que la compongan será su factor de conductividad: las más conductoras son
las formadas por los elementos alcalinos junto a los halógenos (fluoruros,
bromuros, cloruros, entre otros).
 Hidrógeno: Es un gas que es un excelente conductor de la electricidad. Pero
debido a su inestabilidad química al ser ionizado, no se utiliza con frecuencia
como material conductor.
 Bronce: Tiene un comportamiento similar al oro y a la plata en cuanto a su
conductividad, por lo que se lo utiliza con la misma frecuencia y para usos
similares, también debido a su costo elevado.
 Mercurio: Este material no es casi utilizado debido a su toxicidad elevada,
pero tiene la característica de poder ser conductor tanto como gas como en
estado líquido o sólido como metal, según las temperaturas a las que sea
sometido.
 Grafito: Es una sustancia orgánica formada por cadenas de carbono, se
utiliza mucho en la electricidad y electrónica para la conducción de circuitos.

6. 5
Características de un MaterialConductor
Estos materiales permiten el flujo libre de
electrones entre partículas, facilitando la
conducción de electricidad a través de toda la
superficie. La distribución de la carga eléctrica en
los materiales conductores se realiza en
general hasta que las fuerzas de repulsión entre
electrones llegan al mínimo, es decir, cuando están
al límite de proximidad entre ellos.
Estructuracristalinadelosmaterialesconductores
 Estructura Cristalina:
La estructura cristalina es la forma sólida de cómo
se ordenan los átomos, moléculas, o iones. Estos
son empaquetados de manera ordenada y con
patrones de repetición que se extienden en las
tres dimensiones del espacio.
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.
(Agua, vidrio)
 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 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
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, duro y muy frágil, 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

7. 6
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 cristalina existen:
a) Redes cúbicas sencillas: Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda
unidad.
b) Redes cúbicas centradas en el cuerpo (BCC): Los átomos, además de ocupar
los vértices, ocupan el centro de la celda. En este caso cristalizan el hierro y el
cromo, titanio, molibdeno, tungsteno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y
potasio. Todos ellos tienen como característica común el ser muy resistentes a la
deformación.
c) Redes cúbicas centradas en las caras (FCC): Los átomos, además de ocupar
los vértices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de
redes el oro, cobre, aluminio, plata. Son metales fácilmente deformables.
d) Redes hexagonales compactas (HC): La celda unitaria es
un prisma hexagonal con átomos en los vértices y cuyas bases
tiene un átomo en el centro. En el centro de la celda hay tres
átomos más. En este caso cristalizan metales como cinc,
titanio y magnesio.
Son aquellas en las que los átomos conforman una estructura
con forma de prisma hexagonal, y presentan un átomo en el
centro de cada base, un átomo en cada uno de los vértices del
prisma y tres átomos más en un plano horizontal, interior al
cristal.

8. 7
Red cúbica centrada: Los átomos se hallan dispuestos en los
vértices y en el centro del cubo.
 Átomos por celdilla: 2 (1 en el centro más otro que
comparte con los ocho vértices).
 Índice de coordinación: 8 átomos (el átomo central
equidista de los 8 vértices).
 Arista de la celda unitaria: a = 4r/√3
 Factor de empaquetamiento: 0,68 (el 68% del volumen
de la celda unitaria está ocupada por átomos).
Red cúbica centrada en las caras: Los átomos están
dispuestos en los vértices y en los átomos de las caras del cubo.
 Átomos por celdilla: 4
 Índice de coordinación: 12 átomos.
 Arista de la celda unitaria: a = 4r/√2
 Factor de empaquetamiento: 0,74 (el 74% del volumen
de la celda unitaria está ocupada por átomos, por tanto los
metales que cristalizan según esta red poseen mayor
densidad y son más resistentes que los anteriores).
Red hexagonal compacta: En esta red, los átomos se sitúan en
los vértices de un prisma hexagonal, además uno en cada base y
tres en un plano horizontal en el centro del prisma.
 Átomos por celdilla: 6
 Índice de coordinación: 12 átomos.
 Arista de la celda unitaria: a = 2R
 Factor de empaquetamiento: 0,74

9. 8
Estructuraatómicadesemiconductoreselementales:Silicioy
Germanio
Silicio:
El silicio es un elemento con una gran
cantidad de aplicaciones. Es el segundo
elemento más abundante en la corteza
terrestre (después del oxígeno) con un
porcentaje de peso del 25,7%.Está presente
en multitud de materiales, tan diversos como
la arena, la arcilla, el vidrio o el hueso.
 Aplicaciones:
Se utiliza en aleaciones, en la decantación de
las siliconas, en la industria de la cerámica
técnica y, debido a que es un
material semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la
industria electrónica y microelectrónica como material básico para la creación de
obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran
variedad de circuitos electrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosas
industrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente
del hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland. Por
sus propiedades semiconductoras se usa en la fabricación de transistores, células
solares y todo tipo de dispositivos semiconductores; por esta razón se conoce como
el Valle del Silicio a la región de California en la que concentran numerosas
empresas del sector de la electrónica y la informática. También se están estudiando
las posibles aplicaciones del siliceno, que es una forma alotrópica del silicio que
forma una red bidimensional similar al grafeno.
 La cristalinidad:
Se refiere a la disposiciónque tienen los átomos en la estructura cristalina. El silicio
se puede encontrar en tres estados cristalinos:
 Monocristalino.
 Policristalino.
 Amorfo.
 Coeficiente de absorción.
Tienen los elementos sobre unas longitudes de onda. Si un material dispone de un
coeficiente pequeño significará que tiene poca absorción.

10. 9
Estructuradel Silicio
El átomo de silicio presenta un enlace covalente, cada átomo está unido a otros
cuatro átomos y compartiendo sus electrones de valencia. Necesita 8 electrones
para su estabilidad. El enlace covalente lo forman todos los elementos del grupo IV
de la tabla periódica, al cual pertenece el silicio.
Al aplicarle energía externa, ya sea de calor o de luz, se rompen los enlaces
quedando un electrón libre por cada enlace roto, pero a su vez, se tiene un hueco
vacío, el que ocupaba el electrón. De esta forma se obtiene corriente eléctrica, por
el movimiento de los electrones hacía los potenciales positivos y del movimiento de
los huecos hacía los potenciales negativos.

11. 10
 Propiedades atómicas:
 Masa atómica 28,0855 u
 Radio medio† 110 pm
 Radio atómico calculado 111 pm
 Radio covalente 111 pm
 Radio de Van der Wells 210 pm
 Configuración electrónica [Ne]3s2 3p2
 Estado de oxidación (óxido) 4 (anfótero)
 Estructura cristalina cúbica centrada en las caras
 Propiedades físicas:
 Estado de la materia sólido (no magnético)
 Punto de fusión 1687 K (1414 °C)
 Punto de ebullición 3173 K (2900 °C)
 Entalpía de vaporización 384,22 kJ/mol
 Entalpía de fusión 50,55 kJ/mol
 Presión de vapor 4,77 Pa a 1683 K
 Velocidad del sonido __ m/s a __ K
CristaldeSilicio
Los átomos de silicio forman enlaces covalentes y puede cristalizar en una red
regular. La ilustración siguiente es un esquema simplificado; la estructura
cristalina real del silicio es una celosía de diamante. Este cristal se
llama semiconductor intrínseco, y puede transportar una pequeña cantidad
de corriente.
El punto principal aquí, es que un átomo de silicio tiene cuatro electrones que puede
compartir en los enlaces covalentes con sus vecinos. Estos diagramas simplificados
no hacen justicia a la naturaleza de ese intercambio, ya que cualquier átomo de
silicio, estará influenciado por más de otros cuatro átomos de silicio, como se puede
apreciar mirando la celda unitaria del silicio.

12. 11
Estructura Cristalina del Silicio
El silicio cristaliza con el mismo patrón que el diamante, en una estructura que
Ashcroft y Mermin llaman celosías primitivas, "dos cubos interpenetrados de cara
centrada". Las líneas entre los átomos de silicio en la ilustración de la red, indican
los enlaces con los vecinos más próximos. El lado del cubo de silicio es 0,543 nm.
El germanio tiene la misma estructura del diamante, con una dimensión de celda de
0,566 nm.
Germanio:
Elemento químico con número atómico
32, y símbolo Ge perteneciente al
grupo 4 de la Tabla Periódica de los
elementos químicos. Por sus
características semiconductoras es
utilizado junto al Silicio es utilizado en
la fabricación de dispositivos
electrónicos.
 Características principales
Es un metaloide sólido duro, cristalino,
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 organometálicos y es un importante material Semiconductor
utilizado en Transistores y Fotodetectores. 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.

13. 12
 Aplicaciones
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 por músicos
nostálgicos del sonido de la primera época del Rock and Roll; aleaciones SiGe en
circuitos integrados de alta velocidad. También se utilizan compuestos sandwich
Si/Ge para aumentar la movilidad de los Electrones en el silicio (streched silicon).
Óptica de infrarrojos: 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).
 Generalidades:
El diamante es un ejemplo de este tipo de estructura cristalina formada por átomos
de carbono. El silicio y el germanio forman redes similares 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 y pertenece al grupo delos
metaloides. El número atómico del germanio es 32. El símbolo químico del germanio
es Ge. El punto de fusión del germanio es de1211,4 grados Kelvin o de
938,25grados Celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del germanio es
de 30,3 grados Kelvin o de 2819,85grados Celsius o grados centígrados.
 Propiedades
Aplicaciones de Germanio Las propiedades del germanio son tales que este
elemento tiene varias aplicaciones importantes, especialmente en la industria de los
semiconductores. El primer dispositivo de estado sólido, el transistor, fue hecho de
germanio. Los cristales especiales de germanio se usan como sustrato para el
crecimiento en fase vapor de películas finas de Ga As y Ga AsP en Los primeros
transistores fueron algunos diodos emisores de luz. Se emplean lentes y fabricados
de germanio filtros de germanio en aparatos que operan en la región infrarroja del
espectro.
Mercurio y cobre impregnados de germanio son utilizados en detectores
infrarrojos; los granates sintéticos con propiedades magnéticas pueden tener
aplicaciones en los dispositivos de microondas para alto poder y memoria de
burbuja magnética; los aditivos de germanio incrementan los amper-horas
disponibles en acumuladores. El chip de germanio-silicio en el banco de pruebas.

14. 13
Estructura
En la electrónica de estado sólido, ya sea el silicio como el germanio puros pueden
ser utilizados como semiconductores intrínsecos, los cuales forman el punto de
partida para la fabricación. Cada uno de ellos tienen cuatro electrones de valencia,
pero el germanio a una determinada temperatura tiene más electrones libres y una
mayor conductividad. El silicio es de lejos, el semiconductor más ampliamente
utilizado en electrónica, particularmente porque se puede usar a mucha mayor
temperatura que el germanio.
Estructuraatómicadedopantes:Boro,Galio,FósforoyCarbono
Boro:
 Estructura:
El boro presenta multitud de formas alotrópicas
que tienen como elemento estructural común un
icosaedro regular. La ordenación de los
icosaedros puede ser de dos formas distintas:
Unión de dos icosaedros por dos vértices,
mediante enlaces covalentes normales B - B
Unión de tres icosaedros por tres vértices,
mediante un enlace de tres centros con dos
electrones
Dentro de estas posibles uniones, en el boro
cristalino los icosaedros pueden asociarse de
varias maneras para originar los alótropos
correspondientes:
Boro tetragonal (T - 50): formado por 50 átomos de boro por celdilla unidad, que
son cuatro unidades icosaédricasunidas entre sí por algunos enlaces B - B y de dos

15. 14
boros elementales que actúan como unión tetraédrica entre icosaedros. Posee una
densidad de 2,31 g/cm³.
Boro romboédrico alfa (R - 12): está formado por láminas de icosaedros unidas
paralelamente. Las uniones intralaminares se efectúan por medio de enlaces de tres
centros, mientras que las uniones interlaminares se producen mediante enlaces de
dos centros. La densidad de este tipo de boro es de 2,46 g/cm³, y presenta un color
rojo claro.
Boro romboédrico beta (R - 105): formado por doce icosaedros B12 ordenados en
forma icosaédrica en torno a una unidad central de B12, es decir, B12(B12)12.
Presenta una densidad de 2,35 g/cm³.
Galio
 Estructura
El estado del galio en su forma natural es sólido. El galio es un elemento químico
de aspecto blanco plateado y pertenece al grupo de los metales del bloque p. El
número atómico del galio es 31. El símbolo químico del galio es Ga. El punto de
fusión del galio es de 302,9146 Kelvin (K) o de 29,7646 grados Celsius (°C). El punto
de ebullición del galio es de 2477 kelvin o de 2204,85 grados Celsius o grados

16. 15
centígrados. La configuración electrónica del galio es [Ar]3d10 4s2 4p1. La
configuración electrónica de los elementos, determina la forma en 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
Fosforo
 Estructura
La masa atómica de un elemento está determinado 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 fósforo dentro de la tabla periódica de
los elementos, el fósforo se encuentra en el grupo 15 y periodo 3. El fósforo tiene
una masa atómica de 30,9737620 u.
La configuración electrónica del fósforo es [Ne] 3s2 3p3. 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 fósforo es de 100
pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 98 pm, su radio covalente es de 106 pm
y su radio de Van der Waals es de 180 pm. El fósforo tiene un total de 15 electrones
cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la
segunda tiene 8 electrones y en su tercera capa tiene 5 electrones.

17. 16
Carbono
 Estructura
El carbono es el elemento de símbolo C y número
atómico Z=6.
Esto significa que un átomo de carbono tiene 6
protones en su núcleo y, para neutralizar dicha
carga, 6 electrones en su capa electrónica, con una
estructura 1s22s22p2.
Además de estos protones y electrones, los núcleos
de los átomos de carbono contienen neutrones. El
número de éstos da lugar a los distintos isótopos del
carbono.
Los isótopos estables del carbono
Cuando el núcleo contiene 6 neutrones, tenemos el isótopo 12C.
Es el isótopo de carbono más abundante (98.93 %), y sobre el cual se define el mol
(el mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades
elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12).
Cuando el núcleo contiene 7 neutrones, tenemos el isótopo 13C.

18. 17
ComportamientodelosSemiconductoresTipoNy P
En los semiconductores hay dos tipos de portadores de corriente eléctrica: - Los
electrones: con carga negativa - Los huecos con carga positiva. A los materiales
semiconductores puros se les conoce como semiconductores intrínsecos.
Tipo P: En este caso se contamina el material semiconductor con átomos de
valencia 3, como son Boro (B), Galio (Ga) o indio (In). Si se introduce este átomo
en el material, queda un hueco donde debería ir un electrón. Este hueco se mueve
fácilmente por la estructura como si fuese un portador de carga positiva. En este
caso, los huecos son portadores mayoritarios.
Tipo N: En este caso se contamina el material con átomos de valencia 5, como son
Fósforo (P), Arsénico (As) o Antimonio (Sb). Al introducirlos, fuerzo al quinto electrón
de este átomo a vagar por el material semiconductor, pues no encuentra un lugar
estable en el que situarse. Al conjunto de estos electrones se les llama electrones
mayoritarios.

19. 18
Los semiconductores tipo N tienen exceso de portadores de carga negativos
(electrones) y los semiconductores tipo P tienen exceso de portadores de carga
positiva (huecos).
Semiconductor P-N.
Se denomina unión PN a la estructura fundamental de los componentes electrónicos
comúnmente denominados semiconductores, principalmente diodos y transistores.
Está formada por la unión metalúrgica de dos cristales, generalmente de silicio (Si),
aunque también se fabrican de germanio (Ge), de naturalezas P y N según su
composición a nivel atómico. Estos tipos de cristal se obtienen al dopar cristales de
metal puro intencionadamente con impurezas, normalmente con algún otro metal o
compuesto químico. Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de
electrones del cristal n al p. Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas
en una zona a ambos lados de la unión, zona que recibe diferentes denominaciones
como barrera interna de potencial, zona de carga espacial, de agotamiento o
empobrecimiento, de depleción, de vaciado, etc.

20. 19
La uniónPNpolarizada(Polarizacióndirectaypolarizadainversa)
Una unión PN consta de un único cristal de material semiconductor que está
dopado mediante la unión de dos materiales semiconductores de tipo N en un lado
y de tipo P en el otro.
 Unión PN
Se podría pensar que la unión se puede formar simplemente pegando un material
semiconductor N con otro P, pero esto no es así, además de estar en contacto,
deben tener contacto eléctrico.
Lógicamente, como ya dijimos antes, la suma de las cargas de los dos cristales,
antes de la unión, será neutra.
Resumiendo. En la zona N tenemos electrones libres y en la zona P tenemos
huecos en espera de ser rellenados por electrones.
 La unión PN polarizada
Puede ser de dos tipos:
 Polarización directa
En la siguiente figura se ve una fuente de corriente conectada a un diodo. El terminal
negativo de la fuente está conectada al material de tipo N y el terminal positivo al
material tipo P. A esta conexión se la llama polarización directa.

21. 20
La polarización directa actúa oponiéndose al campo existente en la zona de carga
espacial.
El polo negativo repele a los electrones libres del cristal N que se dirigen hacia
la zona de unión P-N. El polo positivo atrae a los electrones de valencia del
cristal P, lo que equivale a decir que empuja a los huecos hacia la zona de unión
P-N.
Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la
diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del
cristal N adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal P,
cayendo en uno de los múltiples huecos y a su vez convirtiéndose en un electrón de
valencia. El electrón de valencia será atraído por el borne positivo de la batería
creando así una corriente eléctrica.
La corriente circula fácilmente en un diodo de silicio polarizado en directa. Cuando
la tensión aplicada sea mayor que la barrera de potencial (0,7 V para el silicio),
habrá una gran corriente continua en el sentido P a N.
 Polarización inversa
Si se invierte la polaridad de la fuente continua, entonces el diodo quedará
polarizado en inversa. En este caso, el terminal negativo de la batería se encuentra
conectado al lado P y el terminal positivo lo que está al lado N. Esta conexión se
denomina polarización inversa.
La polarización inversa hace que aumente la barrera de potencial, con lo que la
corriente debida a los electrones libres que pasan del lado N al lado P será
prácticamente nula. Sin embargo, incluso con polarización inversa, existe una
pequeña corriente en el sentido N a P y se conoce como corriente inversa de
saturación (Is)
 Polarización Directa del Diodo

22. 21
En este caso aplicamos el polo positivo de la fuente a la zona P y el polo negativo
a la zona N.
Si te fijas los electrones del polo negativo de la batería repele los electrones
(portadores mayoritarios) de la zona N, dándoles más fuerza para atravesar la
barrera o región de agotamiento y esta disminuye. Además, en este caso,
inyectamos electrones procedentes de la pila en la zona N aumentando los
portadores mayoritarios. Hemos disminuido el potencial positivo de esta zona
inyectando electrones y por lo tanto abramos disminuido la zona de difusión, por lo
que los electrones de N ya pueden pasar a la zona P.
En la zona P, la carga positiva repele los huecos haciendo que estos se acerquen
a la región de agotamiento y atraigan aún más a los electrones de la zona N. En
este caso metemos huecos en la zona P aumentando los portadores mayoritarios y
disminuyendo el potencial Negativo que tenía. Igualmente en este caso hemos
disminuido el potencial de la zona de difusión.
Lo que sucede, en definitiva, es que se disminuye el ancho de la zona de
agotamiento que había en la unión (disminución de la tensión de la región) y esto
provoca que sea más fácil pasar a los electrones de la zona N a la P para rellenar
los huecos. Ahora los electrones inyectados por la pila tendrán la suficiente energía
para atravesar la región de agotamiento y pasar a la zona P produciéndose corriente
eléctrica por el semiconductor PN mientras tengamos la pila conectada.
En definitiva el diodo, unión PN o semiconductor PN, como queramos llamarlo, se
comporta como un conductor de la corriente eléctrica en polarización directa.
Mientras esté conectado a la fuente de alimentación o pila, la bombilla del circuito
lucirá. Para que la unión empiece a ser conductora hay que ponerle a una pequeña
tensión en polarización directa.
 Polarización Inversa
En este tipo de conexión el polo positivo de la pila se conecta al N y el negativo al
P.

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Al inyector electrones en la zona P, rellenarán los huecos, portadores mayoritarios
de la zona P, y estos electrones formarán más iones negativos o aniones al
rellenar los huecos de los enlaces que todavía no se habían rellanado y la región
de agotamiento aumentará, aumentaremos el potencial negativo en esta zona o
lo que es lo mismo, tendremos mayor d.d.p. o tensión en la unión. En estas
condiciones los electrones de la zona N lo tienen cada vez más difícil pasar a la
zona P con lo que la unión PN se comporta como un aislante en polarización
inversa.

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%B3mico%20del%20galio,qu%C3%ADmico%20del%20galio%20es%20Ga.
&text=El%20galio%20tiene%20un%20total,en%20la%20cuarta%2C%203%
20electrones.