Resultado de aprendizaje de 3er parcial estructura y propiedades

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL SURESTE DE VERACRUZ
MECÁNICA ÁREA AUTOMOTRIZ
Resultado de aprendizaje
ALUMNO:
HERNANDO ELVIS RODRÍGUEZ MARTINEZ
MATERIA:
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
CUATRIMESTRE
Cuarto
PERIODO:
SEPTIEMBRE-DICIEMBRE 2020
GRUPO:
401-despresurizado.
DOCENTE
M.A Saraí Nintai Orozco Gracia

Materiales conductores y semiconductores
Tabla de contenido
Introducción .................................................................................................................................. 3
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES................................................................................................ 4
conductores................................................................................................................................... 5
estructura cristalina de los materiales conductores........................................................................ 6
Semiconductores ......................................................................................................................... 10
ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS SEMICONDUCTORES................................................................... 11
ESTRUCTURA ATÓMICA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES...................................................... 11
Estructura atómica de los semiconductores ............................................................................. 12
GERMANIO .................................................................................................................................. 13
Propiedades atómicas del germanio......................................................................................... 14
Usos del germanio................................................................................................................ 14
materiales dopantes y su estructura atómica. .............................................................................. 15
Galio........................................................................................................................................ 15
Propiedades del galio........................................................................................................... 16
Usos del galio....................................................................................................................... 16
Propiedades atómicas del galio ............................................................................................ 17
Fosforo .................................................................................................................................... 18
Propiedades del fósforo ....................................................................................................... 18
Usos del fósforo ................................................................................................................... 19
Boro............................................................................................................................................. 20
Propiedades del boro............................................................................................................... 20
Usos del boro....................................................................................................................... 21
Carbono....................................................................................................................................... 23
Aplicaciones............................................................................................................................. 24
Semiconductores tipo N y P. ........................................................................................................ 25
Tipo N ...................................................................................................................................... 25
Tipo P....................................................................................................................................... 26
UNION PN SEMICONDUCTORES ................................................................................................... 27
Bibliografía .................................................................................................................................. 35

Introducción
Como resultado de aprendizaje se realiza la presente investigación se refiere a un
tema de la asignatura, estructura y propiedades de la materia, en la cual
mencionaremos a los materiales semiconductores, así como incluir sus conceptos,
y tipos de materiales semiconductores y conductores.
La estructura atómica de los materiales define la sencillez de cómo se mueven los
electrones en su recorrido, se distinguen 3 materiales importantes:
Conductores
Semiconductores
Aislantes
Los objetos que nos rodean están fabricados con una gran variedad de materiales
que podemos clasificar de diferentes formas, los materiales sólidos están formados
por átomos, según como estos átomos están ordenados en cada material podemos
clasificar estos en materiales amorfos, cristalino y poli cristalinos. Materiales en los
que los átomos se colocan al azar (no periódicamente) se les llama amorfos.
Materiales en los que los átomos están colocados en una estructura de alto orden
se llama cristalino. Los materiales poli cristalinos presentan estructuras ordenadas
diversas en rangos pequeños, pequeñas regiones de orientación cristalina llamados
granos.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Para empezar, debemos de clasificar a los materiales y decir que cuando un cuerpo
neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas
correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio (Fig.
1). Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de
las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en donde se
depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan tal redistribución de modo
que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan
aislantes y los segundos conductores.
Esta diferencia de comportamiento de las sustancias respecto del desplazamiento
de las cargas en su interior depende de su naturaleza íntima. Así, los átomos de las
sustancias conductoras poseen electrones externos muy débilmente ligados al
núcleo en un estado de semi libertad que les otorga una gran movilidad, tal es el
caso de los metales. En las sustancias aislantes, sin embargo, los núcleos atómicos
retienen con fuerza todos sus electrones, lo que hace que su movilidad sea escasa.
Entre los buenos conductores y los aisladores existe una gran variedad de
situaciones intermedias. Es de destacar entre ellas la de los materiales
semiconductores por su importancia en la fabricación de dispositivos electrónicos
que son la base de la actual revolución tecnológica.
(Fig. 1). Clasificación de las propiedades eléctricas de los materiales.

conductores
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.
De acuerdo con la teoría de bandas, son aquellos materiales cuyas bandas de
valencia y de conducción, se encuentran muy próximas entre sí, al grado de que,
en algunos casos, estas bandas se encuentran sobrepuestas.
Los electrones de valencia en un átomo, son los que se encuentran en el nivel
energético más externo y ellos permiten los enlaces entre los átomos en los
compuestos o entre átomos del mismo tipo en una molécula o un cristal.
Por su parte, los electrones de conducción son los que se han promovido a niveles
energéticos vacíos, lo que da lugar a su mayor movilidad y, eventualmente, da
origen a las corrientes eléctricas.
(Fig. 2). Conductor eléctrico.
En los conductores metálicos la conducción es electrónica, es decir, los
portadores de cargas son electrones libres. Pertenecen a este grupo los metales
y aleaciones. Se suele hablar en estos casos de conducción metálica. Algunos
conductores no metálicos son el grafito, algunas soluciones salinas y materiales
en estado de plasma.

estructura cristalina de los materiales conductores.
Para hacer este análisis debemos saber que los mejores conductores eléctricos
son metales, como el cobre, el oro, el hierro, la plata y el aluminio, y sus aleaciones,
aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de
conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por
ejemplo, el agua del mar).
Así que nos referimos a la estructura cristalina de los metales. Dentro del universo
de los materiales para ingeniería, los metales ocupan un lugar preponderante. En
nuestra región, la industria metal-mecánica es una de las más vigorosas y de mayor
importancia económica.
Como parte de su formación, es deseable que el ingeniero de hoy posea entre su
arsenal de conocimientos, una comprensión de la estructura de los metales que le
permita explicarse sus propiedades y comportamiento en aplicaciones específicas.
El propósito de este trabajo es discutir la estructura cristalina de los metales y como
ésta determina algunas de sus propiedades más relevantes. Se seleccionó un
enfoque sencillo, pero bien fundamentado, con el objetivo de que el material
presentado pueda ser asimilado por profesores y estudiantes de ingeniería sin
apelar a conocimientos especializados de metalurgia. Vayamos al grano.

En los materiales en estado líquido, los átomos se encuentran en movimiento
aleatorio, no guardan posiciones fijas.
Cuando los materiales solidifican al ser enfriados, el movimiento atómico cesa. En
estado sólido los átomos pueden adquirir un ordenamiento definido tridimensional,
en tal caso se dice que tienen estructura cristalina. Forman cristales. Algunos
materiales no presentan ordenamiento al solidificar, su estructura es desordenada,
se dice que son amorfos.

En un metal sólido, estas esferas o átomos se agrupan en el espacio en arreglos
regulares, ordenados, repetitivos, periódicos. Forman estructuras tridimensionales.
Grupos de átomos pueden ordenarse para formar planos que poseen distinto
arreglo geométrico.

Semiconductores
Estos materiales se comportan como aislantes a bajas temperaturas, pero a
temperaturas más altas se comportan como conductores. La razón de esto es que
los electrones de valencia están ligeramente ligados a sus respectivos núcleos
atómicos, pero no lo suficiente, pues al añadir energía elevando la temperatura son
capaces de abandonar el átomo para circular por la red atómica del material. En
cuanto un electrón abandona un átomo, en su lugar deja un hueco que puede ser
ocupado por otro electrón que estaba circulando por la red.
Los materiales semiconductores más conocidos son: Silicio (Si) y Germanio (Ge),
los cuales poseen cuatro electrones de valencia en su último nivel. Por otra parte,
hay que decir que tales materiales forman también estructura cristalina.
Hay que destacar que, para añadir energía al material semiconductor, además de
calor, también se puede emplear luz.
Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior
a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El
semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante en la
naturaleza, después del oxígeno. Otros semiconductores son el germanio y el
selenio.

ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS SEMICONDUCTORES
La mayor parte de los dispositivos electrónicos modernos están fabricados a partir
de semiconductores. Para comprender el funcionamiento de estos dispositivos
cuando se insertan en un circuito eléctrico, es necesario conocer el comportamiento
de los componentes desde un punto de vista físico. Por ello, en este tema se
presentan las propiedades y características fundamentales de este tipo de
materiales.
Si los conductores son materiales que disponen de electrones libres y los aislantes
carecen de ellos, los semiconductores se encuentran en una situación intermedia:
a la temperatura de 0 K se comportan como aislantes, pero mediante una aportación
de energía puede modificarse esta situación, adquiriendo un comportamiento más
cercano al de los conductores.
Los materiales semiconductores de uso común en la tecnología microelectrónica
son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio. Se trata de elementos del grupo IV
de la tabla periódica, o bien combinaciones de elementos de los grupos III y V. De
todos ellos, el más empleado actualmente es el silicio, por lo que la discusión en
este tema va a estar centrada en dicho elemento. No obstante, la gran mayoría de
lo aquí expuesto puede aplicarse a cualquier semiconductor.
ESTRUCTURA ATÓMICA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES
Silicio: Si
Descubridor: Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) (sueco) Año: 1823

Etimología:
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. n Su
estructura cristalina le confiere propiedades semiconductoras.
Estructura atómica de los semiconductores
Cristalinidad esta parte de la cristalinidad hace
referencia a la disponibilidad que poseen los a tomos
en una estructura cristalina y es por ello que el material
del silicio lo podemos encontrar en tres estados:
amorfo, mono cristalino y poli cristalino
También es de suma importancia decir que el silicio
presenta un enlace covalente que significa que cada
átomo está unido a otros cuatro electrones más compartiendo sus electrones de
valencia.
Es por ello que cuando el silicio es sometido a un cambio de un agente externo
como lo es la temperatura o un haz de luz provocan que los enlaces covalentes se
rompan ocasionado así que un electrón quede libre, pero a su vez exista un hueco
y es por ello que se induce una corriente eléctrica debido a que los electrones
viajan a los potenciales positivos y los huecos al potencial negativo.

GERMANIO
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.
Estructura atómica del 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.

Propiedades atómicas del germanio
La masa atómica de un elemento está determinada por la masa total de neutrones
y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este
elemento. En cuanto a la posición donde encontrar el germanio dentro de la tabla
periódica de los elementos, el germanio se encuentra en el grupo 14 y periodo 4.
• El germanio tiene una masa atómica de 72,64 u.
• La configuración electrónica del germanio es [Ar]3d10 4s2 4p2.
• La configuración electrónica de los elementos, determina la forma en la cual
los electrones están estructurados en los átomos de un elemento.
• El radio medio del germanio es de 125 pm, su radio atómico o radio de Bohr
es de 125 pm y su radio covalente es de 122 pm.
• El germanio tiene un total de 32 electrones cuya distribución es la siguiente:
En la primera capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su
tercera capa tiene 18 electrones y en la cuarta, 4 electrones
Usos del germanio
➢ El germanio se utiliza como material semiconductor. Se usa
generalmente, junto al silicio, en los circuitos integrados de alta
velocidad para mejorar su rendimiento. En algunos casos se está
➢ planteando sustituir al silicio por germanio para hacer chips
miniaturizados.
➢ También se utiliza en las lámparas fluorescentes y algunos diodos LED.
➢ Algunos pedales de guitarra contienen transistores de germanio para
➢ producir un tono de distorsión característico.
➢ Se puede utilizar en los paneles solares. De hecho, los robots
exploradores de marte contienen germanio en sus células solares.
➢ El germanio se combina con el oxígeno para su uso en las lentes de las
cámaras y la microscopía. También se utiliza para la fabricación del
núcleo de cables de fibra óptica.
➢ También se utiliza en aplicaciones de imágenes térmicas para uso
militar
➢ y la lucha contra incendios.
➢ El germanio se utiliza en el control de los aeropuertos para detectar las
fuentes de radiación.
➢ Hay algunos indicios de que puede ayudar al sistema inmunológico de
pacientes con cáncer, pero esto todavía no está probado. Actualmente

el germanio está considerado como un peligro potencial para la salud
cuando se utiliza como suplemento nutricional.
materiales dopantes y su estructura atómica.
Galio
Número atómico: 31
Grupo: 13
Periodo: 4
Configuración electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p1
Estados de oxidación: +3
Electronegatividad: 1.81
Radio atómico / pm: 122.1
Masa atómica relativa: 69.723(1)
El galio se descubrió espectroscópicamente en 1875 por el químico francés Paul
Émile Lecoq de Boisbaudran y recibió su denominación en honor de Francia, que
antiguamente se llamaba Galia. Es uno de los elementos cuyas propiedades predijo
Mendeléev (eka-aluminio).
Es un metal blando de color blanco argéntico. Es un elemento metálico que se
mantiene en estado líquido en un rango de temperatura más amplio que cualquier
otro elemento.
El galio aparece en pequeñas cantidades en minerales de aluminio y zinc, pero las
fuentes más ricas contienen menos del 1%de galio. Su bajo punto de fusión y su
alto punto de ebullición lo hacen idóneo para fabricar termómetros de alta
temperatura. La parte más importante de la producción de galio sirve para la
producción de arseniuro de galio, que como material semiconductor en algunas
aplicaciones es superior al silicio.

Propiedades del galio
El galio pertenece al grupo de elementos metálicos conocido como metales del
bloque p que están situados junto a los metaloides o semimetales en la tabla
periódica. Este tipo de elementos tienden a ser blandos y presentan puntos de
fusión bajos, propiedades que también se pueden atribuir al galio, dado que forma
parte de este grupo de elementos.
El estado del galio en su forma natural es sólido. El galio es un elmento químico de
aspecto blanco plateado y pertenece al grupo de los metales del bloque p. El
número atómico del galio es 31. El símbolo químico del galio es Ga. El punto de
fusión del galio es de 302,91 grados Kelvin o de 30,76 grados celsius o grados
centígrados. El punto de ebullición del galio es de 2477 grados Kelvin o de 2204,85
grados celsius o grados centígrados.
Usos del galio
El galio es una sustancia plateado blanda y se funde a temperaturas ligeramente
superiores a la temperatura ambiente. Fue descubierto en 1875 por el químico
francés Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. La mayor parte de producción de galio
se produce como un subproducto de la producción de aluminio o zinc. El galio tiene
una amplia variedad de usos en diferentes industrias. Si alguna vez te has
preguntado para qué sirve el galio, a continuación tienes una lista de sus posibles
usos:

• El uso principal del galio es en semiconductores donde se utiliza
comúnmente en circuitos de microondas y en algunas aplicaciones de infrarrojos.
También se utiliza en para fabricar diodos LED de color azule y violeta y diodos
láser.
• El galio se usa en las armas nucleares para ayudar a estabilizar el plutonio.
• Se puede utilizar en el interior de un telescopio para encontrar neutrinos.
• El galio se usa como un componente en algunos tipos de paneles solares.
• También se utiliza en la producción de espejos.
• El galinstano que es una aleación de galio, indio y estaño, se utiliza en
muchos termómetros médicos. Este ha sustituido a los tradicionales termómetros
de mercurio que pueden ser peligrosos. Actualmente se encuentra en proceso de
investigación la sustitución con galio del mercurio de los empastes dentales
permanentes.
• El galinstano se puede aplicar al aluminio de modo que pueda reaccionar con
el agua y generar hidrógeno.
• También tiene muchas aplicaciones médicas. Por ejemplo, las sales de galio
se usan para tratar a personas con exceso de calcio en su sangre. Los isótopos de
galio se utilizan en medicina nuclear para explorar a los pacientes en ciertas
circunstancias.
Propiedades atómicas del galio
La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total de neutrones
y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento.
En cuanto a la posición donde encontrar el galio dentro de la tabla periódica de los
elementos, el galio se encuentra en el grupo 13 y periodo
4. El galio tiene una masa atómica de 69,723 u.

La configuración electrónica del galio es [Ar]3d10 4s2 4p1. La configuración
electrónica de los elementos, determina la forma el la cual los electrones están
estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio del galio es de 130 pm,
su radio atómico o radio de Bohr es de 136 pm, su radio covalente es de 126 pm y
su radio de Van der Waals es de 187 pm. El galio tiene un total de 31 electrones
cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la
segunda tiene 8 electrones, en su tercera capa tiene 18 electrones y en la cuarta, 3
electrones.
Fosforo
El fósforo elemental puede existir en varios alótropos; los más comunes de ellos son
sólidos blancos y rojos. Alótropos sólidos violetas y negros también son conocidos.
El fósforo gaseoso existe como difósforo y fósforo atómico.
De acuerdo a su estructura atómica podemos definir al fosforo como un elemento
pentavalente debido a que en su última capa junta con tres electrones los que son
utilizados para ser mesclados con electos como el silicio y debido a ello estos dopan
la silicio permitiendo que estos se conviertan en materiales tipo p y n de acuerdo
a que donen o estragan.
Propiedades del fósforo
Una de las propiedades de los elementos no metales como el fósforo es por ejemplo
que los elementos no metales son malos conductores del calor y la electricidad. El
fósforo, al igual que los demás elementos no metales, no tiene lustre. Debido a su

fragilidad, los no metales como el fósforo, no se pueden aplanar para formar láminas
ni estirados para convertirse en hilos.
El estado del fósforo en su forma natural es sólido (diamagnético). El fósforo es un
elmento químico de aspecto incoloro, rojo o blanco plateado y pertenece al grupo
de los no metales. El número atómico del fósforo es 15. El símbolo químico del
fósforo es P. El punto de fusión del fósforo es de 317,3 grados Kelvin o de 45,15
grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del fósforo es de 550
grados Kelvin o de 277,85 grados celsius o grados centígrados.
Usos del fósforo
El fósforo es un elemento químico importante que tiene sólo un isótopo estable. Si
alguna vez te has preguntado para qué sirve el silicio, a continuación, tienes una
lista de sus posibles usos:
➢ Los fosfatos se utilizan para hacer vidrio especial que se utiliza como en las
lámparas de sodio.
➢ El fósforo es un nutriente esencial para las plantas, por lo que se añade a los
fertilizantes.
➢ En el laboratorio, dos isótopos radiactivos de fósforo se pueden utilizar como
trazadores radiactivos.

Boro
El boro es un elemento químico de aspecto negro con número atómico 5. Su
símbolo es B y pertenece al grupo de los metaloides y su estado habitual en la
naturaleza es sólido. El boro está situado en la posición 5 de la tabla periódica.
Propiedades del boro
El boro forma parte de los elementos denominados metaloides o semimetales. Este
tipo de elementos tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. En
cuanto a su conductividad eléctrica, este tipo de materiales al que pertenece el boro,
son semiconductores.
El estado del boro en su forma natural es sólido (no magnético). El boro es un
elmento químico de aspecto negro y pertenece al grupo de los metaloides. El
número atómico del boro es 5. El símbolo químico del boro es B. El punto de fusión
del boro es de 2349 grados Kelvin o de 2076,85 grados celsius o grados
centígrados. El punto de ebullición del boro es de 4200 grados Kelvin o de 3927,85
grados celsius o grados centígrados.

Usos del boro
El boro es un elemento químico que ha sido utilizado durante miles de años. Si
alguna vez te has preguntado para qué sirve el boro, a continuación tienes una lista
de sus posibles usos:
➢ Una gran cantidad de boro se utiliza junto a tetraborato de sodio para aislar
la fibra de vidrio. También se utiliza en muchos productos de limpieza de los
detergentes y lejías.
➢ La mayoría del boro se utiliza para producir vidrio y cerámica. El vidrio de
borosilicato tiene una resistencia excepcional a los golpes térmicos (cambios
bruscos de temperatura que provocan que el vidrio se rompa).
Boro
Información general
Nombre,símbolo,número: Boro, B, 5
Serie química: Metaloides
Grupo,período,bloque: 13, 2, p
Densidad: 2460 kg/m3

Apariencia: Negro
Propiedades atómicas
Radio medio: 85 pm
Radio atómico(calc): 87 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente: 82 pm
Configuración
electrónica: [He]2s22p1
Estado(s) de oxidación: 3 (levemente ácido)
Estructura cristalina: Romboédrica
Propiedades físicas
Estado ordinario: Sólido (no magnético)
Punto de fusión: 2349 K
Punto de ebullición: 4200 K
Entalpía de vaporización: 489,7 kJ/mol
Entalpía de fusión: 50,2 kJ/mol
Presión de vapor: 0,348
Velocidad del sonido: 16200 m/s a 293.15 K (20 °C)

Carbono
El carbono es un elemento químico de número atómico 6. Es sólido a temperatura
ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación puede encontrarse en la
naturaleza en forma cristalina, como es el caso del grafito, el diamante y la familia
de los fullerenos y nanotubos de carbono; o bien en forma amorfa (negro de humo).
Es el pilar básico de la química orgánica y forma parte de todos los seres vivos.
Carbono
Información general
Nombre,símbolo,número: Carbono, C, 6
Serie química: No metales
Grupo,período,bloque: IV A, 2, p
Densidad: 2267 kg/m3
Apariencia: Negro (grafito) Incoloro
(diamante)
Propiedades atómicas

Aplicaciones
Todas las formas de este elemento tienen diversas aplicaciones. Los diamantes se
usan en joyería
Utilización del diamante en joyería pero las variedades grises y otras se utilizan
como abrasivos en la industria, debido a su extrema dureza. Por ello en el borde de
las herramientas de corte se colocan pequeños diamantes.
Grafito.
.
El grafito se usa para fabricar minas de lápices o, por su calidad aceitosa, como
lubricante. El carbón constituye un combustible fundamental en gran parte de las
Radio medio: 70 pm
Radio atómico(calc): 67 pm
Radio covalente: 77 pm
Radio de van der Walls: 170 pm
Configuración electrónica: [He]2s22p2
Electrones por nivel de energía: 2, 4
Estado(s) de oxidación: 4, 2
Estructura cristalina: hexagonal
Propiedades físicas
Estado ordinario: Sólido
Punto de fusión: 3500 °C
Punto de ebullición: 4200 °C
Entalpía de vaporización: Grafito; sublima: 711 kJ/mol
Entalpía de fusión: Grafito; sublima: 105 kJ/mol

regiones del globo, tanto más cuanto a partir de él se fabrica coque, gas de hulla y
una amplia gama de productos químicos indispensables.
Se obtiene acero preparando una aleación de hierro con carbono. La carbonilla -
aparte de sus usos en dibujo- produce carbón activado que es carbón de leña que
ha sufrido un tratamiento con calor, para eliminar impurezas. En forma pura, el
carbón es muy reactivo y absorbe las impurezas. El carbón activado elimina vapores
y olores y decolora sustancias.
Semiconductores tipo N y P.
Tipo N
Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la
aparición de electrones 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 cinco, 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 de silicio (o del semiconductor original
Dopaje de tipo N

Tipo P
Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación
de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al
romperse una ligadura. Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que
"aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio, el
Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no
modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres
electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá
a tomar electrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que
electrones, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos
los minoritarios. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores
mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas
introducidos.
El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el caso
del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco de electrón.
Dopaje de tipo P

UNION PN SEMICONDUCTORES
Lo primero, si no sabes lo que son lo semiconductores y los tipos que hay, te
recomendamos que antes de seguir leyendo vayas al siguiente enlace:
Semiconductores.
Como ya deberías saber hay dos tipos de semiconductores extrínsecos, los P y los
N. Vamos hacer un repaso breve de los átomos y los semiconductores, necesario
para entender la unión PN.
Los átomos de dos elementos se pueden unir mediante enlaces covalentes en los
que los electrones de valencia de un átomo se comparten con los electrones de
valencia del otro átomo próximo a él en parejas de dos electrones.
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.
Lógicamente, como ya dijimos antes, la suma de las cargas de los dos cristales,
antes de la unión, será neutra.
Resumiendo. En la zona N tenemos electrones libres y en la zona P tenemos
huecos en espera de ser rellenados por electrones.
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 P, 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 ión negativo.
Así mismo 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 inón positivo.
Esto provoca que en la franja de la unión PN 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.
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 (los iones
negativos formados), que le impedirán el paso (cargas iguales se repelen). 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 han 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
PN deja de ser eléctricamente neutra.
Aún 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. Por eso en la imagen anterior ves el signo menos en la
zona N como el más abundante y el signo + en la P como más abundante
(portadores mayoritarios). OJO en la región de agotamiento habrá cationes y
aniones, es decir un potencial positivo a un lado y un potencial negativo al otro, por
lo que entre N y P habrá una diferencia de potencial (d.d.p.) o tensión ya que la
unión ahora ya no es eléctricamente neutra.
Ahora podemos imaginar el conjunto de la unión PN como una pila de unos 0,3V o
0,6V dependiendo si el semiconductor puro son átomos de germanio o silicio
respectivamente. Esta supuesta "pila" tendrá su carga positiva en la zona N y la
carga negativa en la zona P. A esta unión ya la podemos llamar diodo, que es como
se conoce en electrónica.
Pero....¿Qué necesitaremos para que más electrones de la zona N puedan pasar
a la zona P? Pues necesitaremos suministrarles energía suficiente para que
atraviesen la región de agotamiento, es decir energía para que sean capaces de
saltar esa barrera o superar la tensión producida o vencer la fuerza de repulsión de

los iones negativos de la zona P, de lo contrario, no habrá conducción. Vamos a
suministrar esta energía conectando la unión o el diodo a una fuente de energía,
por ejemplo una pila o fuente de alimentación.
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 del Diodo
En este caso aplicamos el polo positivo de la fuente a la zona P y el polo negativo
a la zona N.
Si te fijas los electrones del polo negativo de la batería repele los electrones
(portadores mayoritarios) de la zona N, dándoles más fuerza para atravesar la
barrera o región de agotamiento y esta disminuye. Además, en este caso,
inyectamos electrones procedentes de la pila en la zona N aumentando los
portadores mayoritarios. Hemos disminuido el potencial positivo de esta zona
inyectando electrones y por lo tanto habramos disminuido la zona de difusión, por
lo que los electrones de N ya pueden pasar a la zona P.
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 (disminución de la tensión de la región) 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 agotamiento y pasar a la zona P produciéndose corriente
eléctrica por el semiconductor PN mientras tengamos la pila conectada.
En definitiva el diodo, unión PN o semiconductor PN, como queramos llamarlo, se
comporta como un conductor de la corriente eléctrica en polarización directa.
Mientras este conectado a la fuente de alimentación o pila, la bombilla del circuito
lucirá. Para que la unión empiece a ser conductora hay que ponerle a una pequeña
tensión en polarización directa.
Polarización Inversa
En este tipo de conexión el polo positivo de la pila se conecta al N y el negativo al
P.

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 d.d.p. o 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.
Todo esto esta muy bien, pero...¿Qué pasará si seguimos metiendo mas
electrones, o lo que es lo mismo si seguimos aumentando la tensión de la fuente de
alimentación en polarización inversa?.
Efecto Avalancha
Llegará un momento que todos los electrones rellenen los huecos de la Zona P y
si metemos más (aumentando la tensión de la fuente de alimentación) estos últimos
quedarán como electrones libres en la zona P.
En la zona N también estamos metiendo huecos que los ocuparán las 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 o d.d.p. 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.
Recuerda que en este tipo de polarización la tensión es contraria a la directa
(conexión al revés), por eso se llama tensión inversa.
Veamos como sería la curva de funcionamiento de una unión PN o diodo
semiconductor:
En polarización directa, al poner la unión a una pequeña tensión (tensión umbral).
Se comporta como un conductor, a mayor tensión, mayor corriente circulará por el
circuito.
En polarización inversa no es conductor hasta que no se llaga a la zona de ruptura.

En ese momento puedes comprobar en la gráfica, que aumenta mucho la
intensidad, aunque no aumentemos la tensión. Esto produce que el diodo se queme.
De todas formas, hay algunos diodos que aprovecha este efecto avalancha
controlado para su funcionamiento, como es el caso del diodo zener.

Bibliografía
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Copyright © 1998-2020 Eni Generalic, All Rights Reserved. Recuperado 26 de
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