Electrónica Analógica Semiconductores

1. ELECTRÓNICA DIGITAL
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 1
SISTEMAS INFORMÁTICOS Y COMPUTACIÓN

2. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 2
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

3. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 3
“Semiconductor es un elemento que se
comporta como conductor o aislante
dependiendo de diversos factores”
• Permiten la construcción de circuitos
integrados(chips), dispositivos de estado
sólido.
• Dispositivos como el diodo o transistores
• Circuitos integrados agrupan dispositivos
miniaturizados.
4.1 GENERALIDADES
CAP IV: SEMICONDUCTORES

4. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 4
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

5. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 5
• Materiales semiconductores se clasifican en :
monocristalinos y compuestos
• Monocristalinos : Si (silicio) y Ge (germanio)
• Compuestos :
• Arseniuro de Galio (GaAS)
• Sulfuro de Cadmio (CdS)
• Nitruro de Galio (GaN)
• Fosfuro de Galio y Arsénico (GaAsP)
• Más usados : Si, Ge, GaAs
4.2 MATERIALES SEMICONDUCTORES
CAP IV: SEMICONDUCTORES

6. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 6
• Primeramente se usaba exclusivamente Ge:
• Material abundante y fácil de refinar
• Dispositivos poco confiables
• Sensibles a los cambios de temperatura
• En 1954 se fabricó el primer transistor de Si
• Menos sensible a la temperatura
• Material más abundante
• Más utilizado y más económico
• En 1970 se fabricó el transistor de GaAs
• Lograr mayores velocidades
• Más caro, más difícil de refinar
4.2 MATERIALES SEMICONDUCTORES
CAP IV: SEMICONDUCTORES

7. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 7
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

8. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 8
Los enlaces atómicos permiten formar
estructuras con átomos (cristales)
Los enlaces covalentes son un tipo de unión entre
átomos que forma moléculas a través de la
compartición de pares de electrones
4.3 ENLACES COVALENTES
CAP IV: SEMICONDUCTORES

9. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 9
El Si tiene 4 electrones
de valencia
Electrón de valencia
son los de la último
nivel de energía
4.3 ENLACES COVALENTES
CAP IV: SEMICONDUCTORES

10. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 10
4.3 ENLACES COVALENTES
CAP IV: SEMICONDUCTORES
El Si y Ge tiene 4
electrones de valencia

11. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 11
4.3 ENLACES COVALENTES
CAP IV: SEMICONDUCTORES
El As tiene 5 electrones de
valencia
El Ga tiene 3 electrones libres

12. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 12
• Agentes externos (energía térmica, lumínica)
pueden liberar electrones de los enlaces
• Electrones libres son sensibles a campos
eléctricos
• Electrones libres = portadores intrínsecos
• Al liberarse el portador deja un “hueco”
4.3 ENLACES COVALENTES
CAP IV: SEMICONDUCTORES

13. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 13
Se debe completar un octeto de electrones, compartiendo
electrones
4.3 ENLACES COVALENTES – CRISTAL SILICIO
CAP IV: SEMICONDUCTORES

14. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 14
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

15. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 15
• Semiconductor puro, y por lo tanto con un
número igual de huecos y electrones, se
denomina semiconductor intrínseco. A bajas
temperaturas se comporta como un aislante.
4.4 SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO
CAP IV: SEMICONDUCTORES

16. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 16
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

17. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 17
Mientras más alejado el electrón del núcleo
mayor estado de energía.
Todo electrón libre tiene más energía que
cualquier electrón dentro de la estructura del
átomo.
4.5 NIVELES DE ENERGÍA
CAP IV: SEMICONDUCTORES

18. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 18
Banda de conducción
Banda Prohibida
Semiconductores:
Eg = 0,67 eV (Ge)
Eg= 1.1 eV (Si)
Eg = 1.43 eV (GaAs)
Banda de valencia
4.6 NIVELES DE ENERGÍA
CAP IV: SEMICONDUCTORES

19. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 19
Banda de conducción
Banda Prohibida
Banda de valencia
4.6 NIVELES DE ENERGÍA
CAP IV: SEMICONDUCTORES

20. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 20
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

21. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 21
DOPAJE: Añadir
impurezas para
modificar conductividad.
Semiconductor con
dopaje se denomina
extrínseco
Dos tipos de materiales
extrínsecos del tipo n y
tipo p
4.7 MATERIALES EXTRÍNSECOS
CAP IV: SEMICONDUCTORES

22. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 22
Cristal de silicio o germanio se le agrega
impurezas
Dopaje con elementos de impurezas
pentavalentes: antimonio Sb, arsénico As,
fósforo P
Se crean huecos que aceptan electrones
libres
Las impurezas trivalentes se conocen como
átomos aceptores o receptores
4.7 MATERIALES EXTRÍNSECOS: TIPO N
CAP IV: SEMICONDUCTORES

23. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 23
Dopaje con elementos de impurezas
trivalentes: Boro B, Galio Ga, Indio I
Se crean huecos que aceptan electrones
libres
Las impurezas trivalentes se conocen
como átomos aceptores o receptores
4.7 MATERIALES EXTRÍNSECOS: TIPO P
CAP IV: SEMICONDUCTORES

24. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 24
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

25. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 25
Energía cinética rompe los enlaces
covalentes
Un electrón ocupa vacío creado por un
hueco, y deja un hueco en el enlace
covalente
Transferencia de huecos hacia la
izquierda y electrones a la derecha
4.8 FLUJO DE HUECOS Y ELECTRONES
CAP IV: SEMICONDUCTORES

26. CAP IV: SEMICONDUCTORES
17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 26
• 4.1 Generalidades
• 4.2 Material Semiconductores
• 4.3 Enlaces covalentes
• 4.4 Semiconductores Intrínseco
• 4.5 Niveles de energía
• 4.6 Semiconductores extrínsecos : Tipo N y P
• 4.7 Huecos vs Electrones
• 4.8 Portadores mayoritarios y minoritarios

27. 17/4/2019 Electrónica Digital– Ing. Javier Martínez, Mgs 27
En un material tipo n el portador
mayoritario son los electrones y portador
minoritario son los huecos.
En un material tipo p el portador
mayoritario son los huecos y portador
minoritario son los electrones.
4.8 PORTADOR MINORITARIO Y MAYORITARIO
CAP IV: SEMICONDUCTORES