Este documento describe los principales tipos de semiconductores, incluidos los intrínsecos y extrínsecos (tipo n y tipo p), y cómo se pueden utilizar para crear dispositivos como diodos y transistores. También explica brevemente los aislamientos sólidos, líquidos y gaseosos, destacando el uso común del aceite mineral, SF6 y el aire seco.

1. TELESUP
Universidad Privada TELESUP
Ingeniería de Sistemas e Informática.
IV CICLO
Jesús Martín Pérez Rodríguez

2. SEMICONDUCTORES Entre los semiconductores comunes se encuentran
elementos químicos y compuestos, como el silicio, el
germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro
de cinc y el telururo de plomo.
 Para incrementar el nivel de la conductividad se
provocan cambios de temperatura, de la luz o se
integran impurezas en su estructura molecular.

3. SEMICONDUCTORES
 Estos cambios originan un aumento del numero de
electrones liberados (o bien huecos) conductores que
transportan la energía eléctrica.
 Los cuatro electrones de valencia (o electrones
exteriores) de un átomo están en parejas y son
compartidos por otros átomos para formar un enlace
covalente que mantiene al cristal unido.

4. SEMICONDUCTORES
 Para producir electrones de conducción, se utiliza
energía adicional en forma de luz o de calor (se maneja
como temperatura), que excita los electrones de
valencia y provoca su liberación de los enlaces, de
manera que pueden transportar su propia energía.
 Cada electrón de valencia que se desprende de su
enlace covalente deja detrás de sí un hueco, o dicho en
otra forma, deja a su átomo padre con un electrón de
menos, lo que significa entonces que en ese átomo
existirá un protón de más.

5. SEMICONDUCTORES
 Las deficiencias o huecos que quedan contribuyen al
flujo de la electricidad (se dice que estos huecos
transportan carga positiva). Éste es el origen físico del
incremento de la conductividad eléctrica de los
semiconductores a causa de la temperatura.

6. DIVISION DE CRISTALES
SEMICONDUCTORES
 Los cristales semiconductores de dividen
en intrínsecos y extrínsecos. Un cristal intrínseco es
aquél que se encuentra puro (aunque no existe
prácticamente un cristal 100% puro); es decir, no contiene
impurezas; mientras que un cristal extrínseco es aquél que
ha sido impurificado con átomos de otra sustancia. Al
proceso de impurificación se le llama también dopado, y se
utiliza para obtener electrones libres que sean capaces de
transportar la energía eléctrica a otros puntos del cristal.
 Los materiales extrínsecos se dividen en “tipo n” y “tipo p”.

7. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
 La diferencia del número de electrones entre el
material dopante (tanto si acepta como si confiere
electrones) y el material receptor hace que crezca el
número de electrones de conducción negativos o
positivos.
 Si aumenta el número de electrones de conducción
negativos, entonces el material es tipo n; y si aumenta
el numero de cargas positivas (lagunas), es un material
tipo p

8. EJEMPLOS
 Cada átomo de silicio tiene cuatro electrones de
valencia. Se requieren dos para formar el enlace
covalente. En el silicio tipo n, un átomo como el del
fósforo (P), con cinco electrones de valencia,
reemplaza al silicio y proporciona electrones
adicionales. En el silicio tipo p, los átomos de tres
electrones de valencia como el aluminio (Al) provocan
una deficiencia de electrones o huecos que se
comportan como electrones positivos. Los electrones o
los huecos pueden conducir la electricidad.

9. SEMICONDUCTORES TIPO P y N
 Cuando ciertas capas de semiconductores tipo p y
tipo n son adyacentes, forman un diodo de semiconductor,
y la región de contacto se llama unión pn. Un diodo es un
dispositivo de dos terminales que tiene una gran resistencia
al paso de la corriente eléctrica en una dirección y una baja
resistencia en la otra.
 Las propiedades de conductividad de la
unión pn dependen de la dirección del voltaje, que puede a
su vez utilizarse para controlar la naturaleza eléctrica del
dispositivo
 Algunas series de estas uniones se usan para
hacer transistores y otros dispositivos semiconductores
como células solares, láseres de
unión pn y rectificadores.

10. SEMICONDUCTORES TIPO P y N
 Los dispositivos semiconductores tienen muchas
aplicaciones en la ingeniería eléctrica. Los últimos
avances de la ingeniería han producido
pequeños chips semiconductores que contienen
cientos de miles de transistores. Estos chips han hecho
posible un enorme grado de miniaturización en los
dispositivos electrónicos.

11. AISLANTES
 Aislantes:
 Presentan una resistencia al paso de corriente
eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los
buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre.

12. AISLANTES SOLIDOS
 En los sistemas de aislación de transformadores
destacan las cintas sintéticas PET (tereftalato de
polietileno), PEN (naftalato de polietileno) y PPS
(sulfido de polifenileno) que se utilizan para envolver
los conductores magnéticos de los bobinados. Tienen
excelentes propiedades dieléctricas y buena
adherencia sobre los alambres magnéticos.
 Un buen aislante entre vueltas de las bobinas de
transformadores es el cartón prensado o pressboard, el
cual da forma a estructuras de aislación rígidas.

13. AISLANTES LIQUIDOS
 Las propiedades físicas de los dieléctricos líquidos
como por ejemplo: peso específico, conductibilidad
térmica, calor específico, constante dieléctrica,
viscosidad, dependen de su naturaleza, es decir de la
composición química, pero su rigidez dieléctrica,
además está ligada a factores externos como por
ejemplo: impureza en suspensión, en solución,
humedad, etc., que, generalmente, reducen su valor,
degradando la característica importante.

14. FLUIDOS / LIQUIDOS DIELECTRICOS
 Cumplen doble función, aislar bobinados transformadores
y disipar el calor al interior de estos equipos.
 El líquido dieléctrico más empleado es el aceite mineral. El
problema es que es altamente inflamable.
 Fluídos dieléctricos sintéticos, (hidrocarburos) con alto
punto de inflamación.
 El líquido aislante sintético más utilizado desde principios
de la década de 1930 hasta fines de los 70's fue el Ascarel o
PCB, que dejo de usarse por ser muy contaminante.
 Entre los nuevos líquidos sintéticos destacan las siliconas y
los poly-alfa-olefines. Tienen un alto costo, eso dificulta su
masificación.

15. AISLANTES GASEOSOS
 Los gases aislantes más utilizados en los
transformadores son el aire y el nitrógeno, este último
a presiones de 1 atmósfera. Estos transformadores son
generalmente de construcción sellada. El aire y otros
gases tienen elevadísima resistividad y están
prácticamente exentos de pérdidas dieléctricas.

16. SF6 (HEXAFLUORURO DE AZUFRE)
 Gas aislante que se caracteriza por ser incoloro,
inodoro, no toxico, química y fisiológicamente inerte,
no corrosivo no inflamable y no contaminante. Por sus
características dieléctricas es ideal como medio
aislante, tiene una rigidez dieléctrica muy elevada,
tanto a la frecuencia industrial como a impulso, gracias
a su peculiar característica de gas electronegativo.

17. SF6 – TRANSFORMA EN IONES
 Con la captura de los electrones libres la molécula de
SF6 se transforma en iones negativos pesados, y por lo
tanto poco móviles. La rigidez dieléctrica del SF6 a la
frecuencia industrial es por lo menos dos veces y
media la del aire a la presión de 5 kg/cm2, condición
que permite lograr un dado nivel de aislamiento con
presiones

18. CAPACIDAD DE DISIPACION
 Relativamente bajas, lo cual implica sistemas de
contención simples y de completa confiabilidad. Este
gas tiene menor capacidad de disipación de calor que
el aceite mineral, situación que se puede mejorar
aumentando la presión del SF6 en el tanque del
transformador.

19. BIBLIOGRAFIA
 http://www.ua.es/es/bibliotecas/lecciones_inaug
urales/jantonio_valles/descargas.htm
 http://www.geocities.com/joravigo/Semiconducto
res.html
 http://www.lafacu.com/apuntes/fisica/condu_aisl
a/default.htm