Materiales semiconductores

1. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL SURESTE DE VERACRUZ
NOMBRE DEL ALUMNO
SHIOMARA IRACEL OCHOA BALLESTEROS
NOMBRE DEL MAESTRO
SARAI NINTAI OROZCO GRACIA
MATERIA
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ACTIVIDAD
RESULTADO DE APRENDIZAJE
MATERIALES SEMICONDUCTORES
GRUPO
702

2. ÍNDICE
 1.INTRODUCCIÓN……………………………………. 2
1.1TIPOS DE MATERIALES SEMICONDUCTORES………… 2
 2.CONCEPTO DE MATERIALES CONDUCTORES…… 3
2.1.CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES CONDUCTORES…..3
2.2.TIPOS DE MATERIALES CONDUCTORES………………………3
 3. ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE LOS MATERIALES CONDUCTORES…….. 4
 4. ESTRUCTURA ATÓMICA DEL SILICIO…………………. 5
 5. ESTRUCTURA ATÓMICA DEL GERMANIO……………. 6
 6. SEMICONDUCTORES DOPADOS……………………… 7
6.1 ESTRUCTURA ATÓMICA DEL BORO ……………………… 7
6.2 ESTRUCTURA ATÓMICA DEL GALIO ………………………7
6.3 ESTRUCTURA ATÓMICA DEL FÓSFORO …………………. 7
6.4 ESTRUCTURA ATÓMICA DEL CARBONO ……………….. 7
 7. SEMICONDUCTOR TIPO N…………….. 8
 8. SEMICONDUCTOR TIPO P …………….. 9
 9. UNIÓN PN POLARIZADA ………………10
9.1 POLARIZACIÓN DIRECTA …………………10
9.2 POLARIZADA INVERSA …………………….10
 10. BIBLIOGRAFÍA …………………………..11

3. 1.INTRODUCCIÓN
Todos los cuerpos o elementos químicos existentes en la naturaleza poseen características
diferentes , agrupadas todas en la denominada “Tabla de Elementos Químicos”. Desde el punto
de vista eléctrico , todos los cuerpos simples o compuestos formados por estos elementos se
pueden dividir en tres amplias categorías:
• Conductores
• Aislantes
• Semiconductores
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4. 1.1TIPOS DE MATERIALES SEMICONDUCTORES
Semiconductores Intrínsecos: En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y
huecos, aunque la corriente total resultante sea cero.
Semiconductores Extrínsecos: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un
pequeño porcentaje de impurezas, el semiconductor se denomina extrínseco y se dice que está
dopado.
Semiconductor Tipo N: Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando acabo un proceso de dopado
añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de
portadores de carga libres.
Semiconductor Tipo P: Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando acabo un proceso de dopado.
Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor
que han perdido un electrón son conocidos como huecos.
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5. 2.MATERIALES CONDUCTORES
Los materiales conductores son aquellos que ofrecen poca
resistencia al paso de la electricidad. Los electrones
pueden circular libremente a través del material porque
están débilmente unidos a los átomos y, por lo tanto,
pueden conducir la electricidad. Por ejemplo: aluminio,
bronce, níquel y oro.
Los Conductores , entonces , son los que cuentan con un
gran número de electrones libres que se mueven a través
del material transmitiendo con mayor facilidad la carga
de un objeto a otro.
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6. 2.1CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
CONDUCTORES
A un material se le conoce como buen conductor por las siguientes características químicas:
Buena conductividad. Los materiales electrónicos se caracterizan por tener una muy buena
conductividad, en otras palabras, porque facilitan el flujo de los electrones.
Estructura atómica. Los materiales que componen estos conductores por naturaleza tienen una
facilidad para que los electrones puedan moverse de un lado al otro con gran facilidad.
Equilibrio electrostático. En los conductores eléctricos , en un extremo se almacena las cargas
positivas y el extremo opuesto las negativas.
Maleables. Esto es que los conductores eléctricos por naturaleza tiene que ser fáciles de deformar
sin romperse.
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7. 2.2TIPOS DE MATERIALES CONDUCTORES
Metálicos: son elementos metálicos o aleaciones de estos y son los conductores que se utilizan
más en el mercado.
Electrolíticos: Estos se encuentran únicamente en las soluciones iónicas y se utilizan mayormente
en las reacciones químicas.
Gaseosos : Estos se encuentran en gases que previamente fueron ionizados.
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8. 3.ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES
CONDUCTORES
REDES CUBICAS CENTRADAS EN LAS
CARAS (FCC). Los átomos ocupan los
vértices y el centro de cada cara de la
celda. Cristalizan en este tipo de redes
el oro , cobre , aluminio y plata.
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9. 4.ESTRUCTURA ATÓMICA DEL 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.
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10. 5.ESTRUCTURA ATÓMICA DEL GERMANIO
El germanio es un elemento químico. Su símbolo es Ge y
su número atómico es el 32.
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.
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11. 6.LOS SEMICONDUCTORES DOPADOS
En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar
impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el
fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de
semiconductores a dopar.
Los dopantes más comunes son elementos del Grupo III o del Grupo V. Boro, Arsénico, Fosforo ,
y ocasionalmente Galio, son utilizados para dopar al Silicio.
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12. 6.1ESTRUCTURA ATÓMICA DEL BORO
El boro es un elemento químico. Su símbolo es B y
su número atómico es el 5. Este metaloide es un
elemento que no abunda en la naturaleza.
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. 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 a alta temperatura
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13. 6.2ESTRUCTURA ATÓMICA DEL GALIO
El galio es un elemento químico. Su símbolo es Ga y
su número atómico es el 31. Principalmente se emplea
para la construcción de circuitos integrados y dispositivos
optoelectrónicos como diodos láser y LED.
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 de 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 rango de
temperatura en el que permanece líquido es uno de los
más altos de los metales (2174 °C separan sus punto de
fusión y ebullición) y la presión de vapor es baja incluso
a altas temperaturas.
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14. 6.3ESTRUCTURA ATÓMICA DEL FOSFORO
El fósforo es un elemento químico. Su símbolo
es P y su número atómico es el 15. El fósforo
es importante para la agricultura, ya que
forma los fosfatos empleados en la producción
de fertilizantes.
Es un no metal multivalente perteneciente al
grupo del nitrógeno, que se encuentra en
la naturaleza combinado
en fosfatos inorgánicos y en organismos vivos,
pero nunca en estado nativo. Es muy reactivo y
se oxida espontáneamente en contacto con
el oxígeno atmosférico emitiendo luz, dando
nombre al fenómeno de la fosforescencia. 7

15. 6.4ESTRUCTURA ATÓMICA DEL CARBONO
El carbono es un elemento químico. Su símbolo
es C y su número atómico es el 6. Es el elemento
fundamental de la química orgánica, se conocen
cerca de 16 millones de compuestos de carbono,
aumentando este número en unos 500.000
compuestos por año. Dependiendo de las
condiciones de formación, puede encontrarse en
la naturaleza en distintas formas alotrópicas,
carbono amorfo y cristalino en forma
de grafito o diamante.
El principal uso industrial del carbono es como
componente de hidrocarburos, especialmente
los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). 7

16. 7.SEMICONDUCTOR 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).
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. 8

17. 8.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 el circuito hay también un flujo de portadores
minoritarios. Los electrones libres dentro del
semiconductor circulan de derecha a izquierda.
Como hay muy pocos portadores minoritarios, su
efecto es casi despreciable en este circuito.
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18. 9.UNIÓN PN POLARIZADA
(POLARIZACIÓN DIRECTA Y POLARIZADA INVERSA)
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. Es la base del funcionamiento de
la energía solar fotovoltaica.
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19. 9.1POLARIZACIÓN DIRECTA
En este caso, la batería disminuye la barrera de
potencial de la zona de carga espacial, permitiendo
el paso de la corriente de electrones a través de la
unión; es decir, el diodo polarizado directamente
conduce la electricidad.
Se produce cuando se conecta el polo positivo de una
batería a la parte P de la unión P - N y el negativo a
la N. En estas condiciones podemos observar que:
• 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. 10

20. 9.2POLARIZADA INVERSA
En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona
n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se
alcanza el valor de la tensión de la batería.
• El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del
cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la
batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes
que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción,
adquieren estabilidad (4 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y
una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.
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21. • El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p.
Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que
han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de
valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los
electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con
lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y
una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.
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22. 10.BIBLIOGRAFÍA
R. JOSE LUIS “MATERIALES SEMICONDUCTORES ELECTRICOS” WWW.COMOFUNCIONA.COM
Conceptodefinicion.de, Redacción. ( Última edición:18 de julio del 2019). Definición de Semiconductor.
//conceptodefinicion.de/semiconductor/
Delfino. CR 12 agosto del 2020. “Beneficios y carasteristicas de los superconductores para la nueva
industria.
Enciclopedia de Ejemplos(2019). “Materiales Conductores”
www.ejemplos.co/20ejemplos-de-materiales-conductores/
Generalic Eni “Oro” EniG. Tabla periódica de los elementos KTF-Split 3 Marzo 2020
https://www.periodni.com/es/ga.html
Formación de la unión-PN Pveducation.org
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