Este documento describe las características de los semiconductores. Explica la estructura cristalina de materiales conductores como el galio, aluminio, plata, cobre y oro. Luego describe la estructura atómica de los semiconductores de silicio y germanio, así como los dopantes de boro, galio, fósforo y carbono. También describe el comportamiento de los semiconductores tipo N y P, y explica la polarización directa e inversa de la unión PN.

1. Universidad Tecnológica del Sureste de Veracruz
Estructuras y propiedades de los materiales
4 CUATRIMESTRE
SEPTIEMBRE-DICIEMBRE 2020
ING. SARAI NINTAI GARCIA OROZCO
Luis Adrián Hilario Salas
Matricula: 19190617
CARACTERISTICAS DE MATERIALES
SEMICONDUCTORES

2. INDICE
INTRODUCCION------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
CONCEPTO DE MATERIALES CONDUCTORES------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5
DESCRIBIR Y REPRESENTAR LA ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES CONDUCTORES------------------------------- 6
Galio
Aluminio
Plata
Cobre
Oro
Mercurio
DESCRIBIR LA ESTRUCTURA ATOMICA DE SEMICONDUCTORES ELEMENTALES: SILICIO Y GERMANIO------------------------ 11
Silicio
Germanio
DESCRIBIR LA ESTRUCTURA ATOMICA DE DOPANTES: BORO, GALIO, FOSFORO Y CARBONO------------------------------------ 12
Boro
Galio
Fosforo
Carbono
DESCRIBIR EL COMPORTAMIENTO DE LOS SEMICONDUCTORES TIPO N Y P-------------------------------------------------------------- 14
Semiconductor tipo n
Semiconductor tipo p
LA UNION PN POLARIZADA (POLARIZACION DIRECTA Y POLARIZACION INVERSA)----------------------------------------------------- 15
Polarización Directa del Diodo
Polarización Inversa
BIBLIOGRAFIA------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17

3. Los semiconductores son la base de la electrónica, y son los que han permitido tener
prácticamente todos los aparatos electrodomésticos y electrónicos de los que disfrutamos
hoy en día.
Los semiconductores son materiales cuya conductividad varía con la temperatura, pudiendo
comportarse como conductores o como aislantes. Resulta que se desean variaciones de la
conductividad no con la temperatura sino controlables eléctricamente por el hombre. Para
conseguir esto, se introducen átomos de otros elementos en el semiconductor. Estos átomos
se llaman impurezas y tras su introducción, el material semiconductor presenta una
conductividad controlable eléctricamente. Un semiconductor es un material intermedio entre
un conductor y un aislante.
El cobre es un buen conductor porque posee un electrón en su orbital de valencia “último
capa” que es atraído muy débilmente por el núcleo y es posible arrancárselo fácilmente
aplicando una fuerza externa “electrón libre”. Un aislante por el contrario es un material que
no tiene electrones libres y presenta una gran resistencia al movimiento de los electrones.
Un semiconductor es aquel material que posee electrones libres en su orbital de valencia pero
que lógicamente poseen una conductividad eléctrica inferior a las de un conductor
INTRODUCCION

4. Los conductores son materiales (generalmente metales), cuya estructura electrónica les
permite conducir la corriente eléctrica a bajas temperaturas o temperatura ambiente; su
resistividad al paso de la corriente eléctrica es muy baja.
Los aislantes son materiales con una resistencia tan alta, que no es posible la conducción
eléctrica a través de ellos.
INTRODUCCION

5. CONCEPTO DE LOS
MATERIALES
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.

6. Describir y representar la
estructura cristalina de los
materiales conductores.
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.

7. Galio
Grupo del boro
Ortorrómbica centrada en las bases
Aluminio
Grupo del boro
CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS

8. Aluminio
Grupo del boro
Cúbica centrada en las caras
Plata
Elementos de transición: grupo del cobre
cúbica centrada en las caras

9. Cobre
Elementos de transición: grupo del cobre
cúbica centrada en las caras
Oro
Elementos de transición: grupo del cobre
cúbica centrada en las caras

10. Mercurio
Elementos de transición: grupo
del zinc

11. DESCRIBIR LA ESTRUCTURA ATOMICA DE SEMICONDUCTORES
ELEMENTALES: SILICIO Y GERMANIO
SILICIO
 En estado puro tiene propiedades físicas y
químicas parecidas a las del diamante. El
dióxido de silicio (sílice) [SiO2] se encuentra
en la naturaleza en gran variedad de formas:
cuarzo, ágata, jaspe, ónice, esqueletos de
animales marinos. Su estructura cristalina le
confiere propiedades semiconductoras.
GERMANIO
 El germanio tiene una estructura ortorrómbica
muy estable esto debido que coparte
electrones lo que generan enlaces covalentes
esto para que al compartir esos electrones con
átomos vecinos se obtengan ocho electrones
en su última capa.
 El germanio tiene cinco isótopos estables
siendo el más abundante el Ge-74 (35,94%). Se
han caracterizado 18 radioisótopos de
germanio, siendo el Ge-68 el de mayor vida
media con 270,8 días. Se conocen además 9
estados metaestables.

12. Describir la estructura atómica de dopantes: Boro, Galio,
Fósforo y Carbono
BORO
 El átomo de boro tiene cinco protones y (en
su isótopo más común) seis neutrones.
Como recordarás, en la segunda capa
electrónica caben ocho electrones, y el boro
tiene ahí tres, de modo que está más o
menos en medio - le es casi igual de fácil
perder electrones (como los metales) que
ganarlos (como los no metales) para ser
estable, de modo que no es exactamente
una cosa ni la otra - es un semimetal o
metaloide.
GALIO
 Galio es un elemento químico que ocurre raramente
con el símbolo del elemento Ga y el número atómico
31. En la tabla periódica está en el cuarto período y es
el tercer elemento del tercer grupo principal (grupo 4)
o grupo de boro. Es un metal de color blanco
plateado que es fácil de licuar. El galio no cristaliza en
una de las estructuras cristalinas que de otra manera
se encuentran a menudo en los metales, sino en su
modificación más estable en una estructura
ortorrómbica con dímeros de galio. Además, se
conocen otras seis modificaciones que se forman bajo
condiciones especiales de cristalización o bajo alta
presión. En cuanto a sus propiedades químicas, el
metal es muy similar al aluminio.

13. FOSFORO
 Símbolo P, número atómico 15, peso atómico 30.9738. El
fósforo forma la base de gran número de compuestos, de
los cuales los más importantes son los fosfatos. En todas
las formas de vida, los fosfatos desempeñan un papel
esencial en los procesos de transferencia de energía, como
el metabolismo, la fotosíntesis, la función nerviosa y la
acción muscular. Los ácidos nucleicos, que entre otras
cosas forman el material hereditario (los cromosomas), son
fosfatos, así como cierto número de coenzimas. Los
esqueletos de los animales están formados por fosfato de
calcio.
 La investigación de la química del fósforo indica que
pueden existir tantos compuestos basados en el fósforo
como los de carbono. En química orgánica se acostumbra
agrupar varios compuestos químicos dentro de familias
llamadas series homólogas.
CORBONO
 Su número atómico es z=6, por lo que tiene 6 protones y 6
electrones. Existen distintos isótopos del carbono: el más
abundante, 98.93 %, es el C-12; el C-13 es menos
abundante, 1.07 %, pero también existen trazas de C-14.
Este último isótopo se forma en la atmósfera como
consecuencia de los efectos radiación cósmica sobre el N-
14.
 Su configuración electrónica es: 1s22s22p2, por lo que le
faltarían (o le sobrarían) 4 electrones para conseguir una
configuración electrónica estable (de gas noble).
 Los cuatro electrones de la capa de valencia posibilitan la
formación de cuatro enlaces covalentes. Estas propiedades
hacen del carbono un elemento con una gran capacidad
de combinación.

14. Describir el comportamiento de los Semiconductores
Tipo N y P
TIPO N
 Se llama material tipo N (o negativo) al que posee
átomos de impurezas que permiten la aparición de
electrones (de ahí su denominación de negativo o N) sin
huecos asociados a los mismos semiconductores.
 Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que
"donan" o entregan electrones. Suelen ser de Valencia p
cinco (Grupo V de la tabla periódica), como el Arsénico y
el Fósforo. De esta forma, no se ha desbalanceado la
neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al
semiconductor es neutro, pero posee un electrón no
ligado, a diferencia de los átomos que conforman la
estructura original, por lo que la energía necesaria para
separarlo del átomo será menor que la necesitada para
romper una ligadura en el cristal silicio (o del
semiconductor original).
 Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo
que los primeros serán los portadores mayoritarios y los
últimos los minoritarios. La cantidad de portadores
mayoritarios será función directa de la cantidad de
átomos de impurezas introducidos.
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.
 Un semiconductor extrínseco que ha sido dopado con
átomos aceptores de electrones se llama semiconductor
de tipo P, porque la mayoría de los portadores de carga
en el cristal son agujeros de electrones (portadores de
carga positiva). El silicio semiconductor puro es un
elemento tetravalente, la estructura cristalina normal
contiene 4 enlaces covalentes de cuatro electrones de
valencia. En el silicio, los dopantes más comunes son los
elementos del grupo III y del grupo V. Los elementos del
grupo III (trivalentes) contienen tres electrones de
valencia, lo que hace que funcionen como aceptores
cuando se usan para dopar silicio

15. La 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.
 "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.
 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.
 Un voltaje es el resultado del campo eléctrico formado en la unión."

16. Polarización directa de la unión PN
 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.
 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, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.
 Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando
la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona
p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el
electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de
átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se
introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.
Polarización inversa de la unión PN
 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, tal y como se explica a continuación:
 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.
 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.
 Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial
adquiere el mismo potencial eléctrico que la batería.

17. BIBLIOGRAFIAS
Espada, B. (2020, 23 octubre).
https://elblogverde.com/author/blanca/.
ElBlogVerde.com. https://elblogverde.com/materiales-
conductores-materiales-aislantes/
Connor, N. (2020, 30 junio). ¿Qué es un semiconductor
tipo n y tipo p? Radiation Dosimetry.
https://www.radiation-dosimetry.org/es/que-es-un-
semiconductor-tipo-n-y-tipo-p/
S. (2020, 26 octubre). Semiconductores. Concepto.
https://concepto.de/semiconductores/
Beneficios y características de lo superconductores para
la nueva industria. (2010, 28 enero). Delfino.cr.
https://delfino.cr/2020/08/beneficios-y-caracteristicas-
de-lo-superconductores-para-la-nueva-industria
colaboradores de Wikipedia. (2020, 15 noviembre).
Unión PN. Wikipedia, la enciclopedia libre.
https://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PN
Carbono - Vikidia. (2020, 28 enero). Vikipedia.
https://es.vikidia.org/wiki/Carbono
Fósforo - Vikidia. (2020, 28 enero). Vikipedia.
https://es.vikidia.org/wiki/F%C3%B3sforo