resumen

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“Tecnólogo en Mantenimiento Electrónico e Instrumental Industrial” 1197968 Sogamoso 2016
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SEMICONDUCTORES
“principios de electrónica quinta edición- malvino”
RESUMEN
Duvan Guillermo Aguirre salamanca
dgaguirre8@misena.edu.co
Rito Ariel Díaz Fuquen
radiaz584@misena.edu.co
Para comprender como funcionan los diodos, transistores y circuitos integrados
es necesario estudiar los materiales semiconductores, que no se comportan ni
como conductores ni como aislantes, los semiconductores poseen algunos
electrones libres, pero lo que les confiere un carácter especial es la presencia de
huecos.
Comenzaremos diciendo que el flujo de electrones se debe a ciertas cualidades
que tienen los principales elementos como el cobre, la plata, el oro y el silicio,
estos elementos están relacionados a sus números atómicos y sus electrones de
valencia en el último nivel de energía, como ejemplo tomamos al principal
representante: el cobre este elemento tiene un número atómico de 29 lo que
nos permite el flujo de su electrón de valencia entre las diferentes orbitas
generando un flujo, esto será explicado más adelante, en este caso hablaremos
de semiconductores y de la base de estos el silicio
Pero ¿Qué es un semiconductor?, un semiconductor es aquel que posee 4
electrones de valencia, los semiconductores son elementos que debido a su
número de electrones de valencia puede permitir una carga de energía, pero
esto solo se da a temperaturas positivas mayores a 25°C pues a temperaturas
muy bajas, los semiconductores se comportan como aislantes.
Hay casos en que estos, sometidos a altas temperaturas, mezclados con
impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores
aumentan de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de
los metales. Los semiconductores más usados son el silicio y el germanio. Al
combinarse los átomos de Silicio se comparten en una forma de estructura a la
que llamaremos cristal Esto se debe a los "Enlaces Covalentes", que son las
uniones entre átomos que se hacen compartiendo electrones adyacentes de tal
forma que se crea un equilibrio de fuerzas que mantiene unidos los átomos de
Silicio.

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Cada átomo de silicio comparte sus 4 electrones de valencia con los
átomos vecinos, de tal manera que tiene 8 electrones en la órbita de
valencia, La fuerza del enlace covalente es tan grande porque son 8
los electrones que quedan (Aunque sean compartidos) con cada átomo, gracias
a esta característica los enlaces covalentes son de una gran solidez. Los 8
electrones de valencia se llaman electrones ligados por estar fuertemente unidos
en los átomos. En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones,
los huecos se crean a partir de temperatura e impurezas a temperaturas altas
Los átomos de silicio entran en un estado de vibración en el cual los electrones
de valencia abandonan sus lugares generando huecos en el átomo generando
asi mismo iones positivos para rellenar este hueco, otro electrón abandona su
sitio inicial generando un nuevo hueco.
CRISTAL TIPO n: Es el que está impurificado con impurezas "Donadoras", que
son impurezas pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un
semiconductor tipo n, reciben el nombre de "portadores mayoritarios", mientras
que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios", este movimiento de
electrones permite que cuando un hueco llegue al lugar de entrada de energía
permita una entrada de electrones que rellenen estos huecos este proceso es
llamado recombinación el número de electrones libres se llama n (electrones
libres/m3).
CRISTAL TIPO p: Es el que está impurificado con impurezas "Aceptoras", que
son impurezas trivalentes. Como el número de huecos supera el número de
electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones
libres son los minoritarios, estos son usados para que los electrones que sobran
en este sean menores que los huecos permitiendo asi mayor conductividad, en
el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios. Los electrones libres
dentro del semiconductor circulan en dirección opuesta a la dirección hacia
donde se dirige el hueco, como hay muy pocosportadores minoritarios, su efecto
es casi despreciable en este circuito. Hay tantos huecos como impurezas de
valencia 3 y sigue habiendo huecos de generación térmica (muy pocos). El
número de huecos se llama p (huecos/m3).
La unión de un cristal tipo p y uno neutro nos generara una carga neutra a causa
del flujo de electrones resumiendo, en la zona N tenemos electrones libres y en
la zona P tenemos huecos en espera de ser rellenados por electrones.
Polarización p-n, 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, como ya dijimos antes la

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suma de las cargas de los dos cristales antes de la unión será neutra.
Si ahora los unimos, los electrones del material N, que están más
cerca de la franja de la unión, serán atraídos por los huecos de la
zona P que están también más cerca de la unión, estos electrones pasarán a
rellenar los huecos de las impurezas más cercanos a la franja de unión. Un
átomo de impureza de la zona, que era neutro, ahora tiene un electrón más
llegado de la zona N para formar enlace en el hueco que tenía. Este átomo de
impureza ahora quedará cargado negativamente (un electrón más) y se
convertirá un anión o ion negativo.
Del mismo modo un átomo de impureza de la zona n quedará cargado
positivamente por que se le ha ido un electrón y se convertirá un catión o ion
positivo, esto provoca que en la franja de la unión p-n tengamos por un lado
carga negativa y por el otro positiva. Negativa en la zona p, que antes de la
unión era neutra y positiva en la zona n, que antes también era neutra. Esta
franja con cationes y aniones se llama región de agotamiento o zona de difusión.
Unión N-P: Llega un momento que un nuevo electrón de la zona n intente pasar
a la zona p y se encontrará con la carga negativa de la región de agotamiento
en p, que le impedirán el paso, en este momento se acabará la recombinación
electrón-hueco y no habrá más conducción eléctrica. Además la zona n que antes
era neutra ahora tendrá carga positiva, ya que se han ido de ella electrones, y
la zona p, que antes también era neutra, ahora será negativa, ya que ha recogido
los electrones que abandonaron la otra zona. La unión p y n deja de ser
eléctricamente neutra.
Semiconductor P-N: Aun así la parte n, fuera de la región de agotamiento,
seguirá teniendo electrones libres que no formaron enlaces con átomos de
semiconductor puro, y la parte p seguirá teniendo huecos. Polarizar, en general
es aplicar a los extremos de un componente una tensión continua, por ejemplo
mediante una fuente de alimentación o pila.
Polarización directa: 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 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

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agotamiento y pasar a la zona P produciéndose corriente eléctrica
por el semiconductor p-n mientras tengamos la pila conectada.
En definitiva el diodo, unión PN o semiconductor PN, se comporta como un
conductor de la corriente eléctrica en polarización directa. Mientras esté
conectado a la fuente de alimentación para que la unión empiece a ser
conductora hay que ponerle a una pequeña tensión en polarización directa.
Polarización Inversa pn: 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 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.
Efecto avalancha, llegará un momento que todos los electrones rellenen los
huecos de la Zona P y si metemosmás estos últimos quedarán como electrones
libres en la zona P. En la zona N también estamos metiendo huecos que los
ocuparán los electrones libres que tenía esta zona. Al meter más huecos y que
se rellenen todos con los electrones libres que tenía, los siguientes huecos que
metamos quedarán libres esperando electrones para ser rellenados. En estas
condiciones, los electrones libres que estamos inyectando en la zona P mediante
la fuente de alimentación, serán atraídos por los huecos inyectados en la zona
N y atravesarán la región de agotamiento con mucha energía. Recuerda que
todo esto lo estamos produciendo aumentando la tensión de la fuente. Además
los iones negativos formados en P les dan más energía en su repulsión. Tienen
tanta energía que incluso antes de ocupar un hueco pueden chocar con un átomo
de la zona P y romper los enlaces existente, liberando más electrones y estos a
su vez romper otros enlaces de otros átomos, liberando más electrones todavía.
Es un efecto en cadena, en el que se produce una avalancha de electrones en
unos pocos instantes y que hace que se rompa la unión PN por que se genera
una gran cantidad de corriente. Se estropearía el diodo. La tensión a la que se
llega al efecto avalancha se llama tensión de ruptura.