materiales

1. PROPIEDADES
ELÉCTRICA DE LOS
MATERIALES

2. CONDUCCIÓN ELÉCTRICA EN
MATERIALES
Los investigadores constantemente están
tratando de descubrir formas de fabricar
chips de computadora con dimensiones
más pequeñas y más dispositivos. La
industria actual se enfoca en desarrollar la
nanotecnología que se requiere para
fabricar dispositivos electrónicos en un
nanoalambre con un diámetro de,
aproximadamente, 100 nm.
La foto de inicio de capítulo es la imagen
de microscopia electrónica de transmisión
de dos nanoalambres heterogéneos con
capas alternas de (silicio/germanio), oscura
y (silicio), luminosa.

3. MODELO CLÁSICO DE LA CONDUCCIÓN ELÉCTRICA
EN METALES
• En sólidos metálicos los átomos están distribuidos en una estructura cristalina
(por ejemplo, FCC, BCC y HCP) y están ligados mediante sus electrones de
valencia exteriores por medio de enlace metálico. Los enlaces metálicos en
metales sólidos hacen posible el movimiento libre de los electrones de valencia
puesto que éstos son compartidos por muchos átomos y no están ligados a
ninguno en particular.

4. • Algunas veces los electrones de
valencia se visualizan como si
formaran una nube de carga
electrónica, como se muestra en
la figura 14 . 2a. Otras veces, los
electrones de valencia se
consideran electrones libres
individuales no asociados con
ningún átomo en particular,
como se ilustra en la figura 14 .
2b.

5. LEY DE OHM
Considérese una longitud de alambre de
cobre cuyos extremos están conectados a
una batería, como se muestra en la figura. Si
se aplica una diferencia de potencial V, fluirá
una corriente i que es proporcional a la
resistencia R del alambre. De acuerdo con la
ley de Ohm, el flujo de corriente eléctrica i
es proporcional al voltaje aplicado e
inversamente proporcional a la resistencia
del alambre o
𝑖 =
𝑉
𝑅

6. La resistencia eléctrica R del alambre de un conductor eléctrico como el
espécimen de
alambre metálico de la figura, es directamente proporcional a su longitud l e
inversamente proporcional a su área de sección transversal A. Estas cantidades
están relacionadas por una constante del material llamada resistividad eléctrica ,
como
𝑅 = 𝑝 ∗
𝐿
𝐴
o 𝑝 = 𝑅 ∗
𝐴
𝐿
A menudo es más conveniente pensar en términos de paso de la corriente eléctrica
en vez de la resistencia, y por ello la cantidad conductividad eléctrica se define
como el recíproco de la resistividad eléctrica:
𝑣 =
1
𝑝
La ecuación recibe el nombre de forma macroscópica de la ley de Ohm, ya que los
valores de i, V y R son dependientes de la forma geométrica de un conductor
eléctrico particular. También es posible expresar la ley de Ohm en forma
microscópica, la cual es independiente de la forma del conductor eléctrico:
𝐽 =
𝐸
𝑝
𝑜 𝐽 = 𝑣 ∗ 𝐸

7. SEMICONDUCTORES
• Semiconductores: Son materiales cuyas conductividades
eléctricas están entre los metales altamente conductores
y aisladores con una condición pobre. El Silicio y el
germanio son los elementos utilizados para la
elaboración de los semiconductores

8. ELEMENTOS QUE SE COMPORTAN COMO
SEMICONDUCTORES
• Cadmio (Cd)
• Aluminio (Al)
• Galio (Ga)
• Boro (B)
• Indio (In)
• Silicio (Si)
• Carbono (C)
• Germanio (Ge)
• Fósforo (P)
• Arsénico (As)
• Antimonio (Sb)
• Selenio (Se)
• Teluro (Te)
• Azufre (S)

9. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
• Son semiconductores puros cuya
conductividad eléctrica se
determina mediante sus
propiedades conductivas
inherentes. El silicio y el germanio
puros son materiales
semiconductores intrínsecos. Estos
elementos están ubicados en el
grupo IV A en la tabla periódica,
tienen una estructura cubica con
enlaces covalentes altamente
direccionales

10. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS
• Los semiconductores extrínsecos se obtienen mediante un proceso conocido
como dopaje y que consiste en la introducción de impurezas (dopantes) de
forma controlada en semiconductores intrínsecos. En función del dopante
utilizado se puede obtener semiconductores tipo P (positivos) o semiconductores
tipo N (negativos)

11. SEMICONDUCTOR
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".
• Al aplicar una tensión al semiconductor de la
figura, los electrones libres dentro del
semiconductor se mueven hacia la izquierda y los
huecos lo hacen hacia la derecha. Cuando un
hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de
los electrones del circuito externo entra al
semiconductor y se recombina con el hueco.

12. SEMICONDUCTOR
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.
• Al aplicarse una tensión, los electrones libres
se mueven hacia la izquierda y los huecos lo
hacen hacia la derecha. En la figura, los
huecos que llegan al extremo derecho del
cristal se recombinan con los electrones
libres del circuito externo.

13. DISPOSITIVOS
SEMICONDUCTORES
• Cuando un semiconductor dopado contiene
huecos en exceso que se llama "tipo p" y cuando
contiene un exceso de electrones libres se conoce
como de "tipo n", donde p (positivo para
agujeros) o n (negativo para electrones) es el
signo de los portadores de carga móviles
mayoritarios.

14. LA UNION PN
• 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

15. EL DIODO DE UNIÓN
PN EN EQUILIBRIO
• CARGA ALMACENADA Union pn en estado
de equilibrio. Una unión PN o diodo de
unión consiste en un semiconductor con una
región tipo P y otra tipo N, separadas por una
fina región de separación
llamada unión metalúrgica. ... Una unión p-n y
un capacitor cargado, son cosas parecidas

17. EL DIODO DE UNIÓN
PN POLARIZACIÓN
INVERSA
• El polo negativo de la batería repele los
electrones libres del cristal n, con lo que estos
electrones se dirigen hacia launión p-n. El polo
positivo de la batería atrae a los electrones de
valencia del cristal p, esto es equivalente a decir
que empuja los huecos hacia la unión p-n.

19. EL DIODO DE UNIÓN
PN POLARIZACIÓN
DIRECTAMENTE
• El polo negativo de la batería repele los
electrones libres del cristal n, con lo que estos
electrones se dirigen hacia la unión p-n. El polo
positivo de la batería atrae a los electrones de
valencia del cristal p, esto es equivalente a decir
que empuja los huecos hacia la unión p-n.

22. ALGUNAS
APLICACIONES DE
DIODOS DE UNIÓN
PN
• DIODOS RECTIFICADORES:
• Los diodos pn son uniones de dos materiales
semiconductores tipos p y n, por lo que también
reciben la denominación de unión pn, ninguno
de los dos cristales por separado tiene carga
eléctrica, ya que en cada cristal, el número de
electrones y protones es el mismo, de lo que
podemos decir que los dos cristales, tanto el p
como el n, son neutros

23. TRANSISTOR DE
UNIÓN BIPOLAR
• El transistor de unión bipolar: es un dispositivo
electrónico de estado sólido consistente en
dos uniones PN muy cercanas entre sí, que
permite aumentar la corriente y disminuir el
voltaje, además de controlar el paso de
la corriente a través de sus terminales.

24. REFERENCIAS
• Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales
William F Smith ( Capitulo 14 paginas 778-850)