Trabajo sobre diodos

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
EXTENSIÓN MATURÍN
SEMICONDUCTORES
Profesora : Autor:
Mariangela Pollonais Alexander Moreno ci17934781
Maturín, octubre de 2015

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
Los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cerámicos,
polímeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada uno de estos
grupos poseen estructuras y propiedades distintas.
 Metales. Tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica,
alta resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones
estructurales o de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden
alguna propiedad particularmente deseable en mayor proporción o permiten una
mejor combinación de propiedades.
 Cerámicos. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo
como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas
de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la
fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este
grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios
y los abrasivos.
 Polímeros. Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas
orgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y
debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los
que las cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida, tienen buena
ductibilidad y conformabilidad; en cambio, los polímeros termoestables son más
resistentes, a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas los hacen
más frágiles. Tienen múltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivos electrónicos.
 Semiconductores. Su conductividad eléctrica puede controlarse para su uso en
dispositivos electrónicos. Son muy frágiles.
 Materiales compuestos. Como su nombre lo indica, están formados a partir de dos
o más materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no se encuentran
en ninguno de los materiales de forma individual.
Otra clasificación seria en función de sus propiedades
 Materiales estructurales
 Materiales Funcionales
Estos últimos comprenden los materiales utilizados en las industrias eléctrica, electrónica,
informática y de las telecomunicaciones:
 Conductores
 Semiconductores
 Dieléctricos
 Magnéticos

3.  Ópticos
DEFINICIÓN SEMICONDUCTORES
Es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de
diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la
radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los
elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.
El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque
idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13
con los de los grupos 16 y 15 respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd).
Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a
todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².
Todos los elementos químicos se califican como conductores, aislantes o
semiconductores. Mientras que las conductores tienen baja resistencia a la circulación de la
corriente eléctrica y los aislantes, alta, los semiconductores se ubican entre ambos ya que
permiten el paso de la corriente sólo en ciertos casos. La temperatura, la presión, la
radiación y los campos magnéticos pueden hacer que un semiconductor actúe como
conductor o como aislante según el contexto.
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECO
Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea,
que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese
caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la
banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en
la banda de conducción.
Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor
intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a
la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los
mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como
“electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de
la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el
paso de una corriente eléctrica.
También se conocen como semiconductores extremadamente puros) son cristales que, a
través de enlaces covalentes entre los átomos, desarrollan una estructura de tipo tetraédrico
A temperatura de ambiente, estos cristales tienen electrones que absorben la energía que

4. necesitan para pasar a la banda de conducción, quedando un hueco de electrón en la banda
de valencia.
SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS
Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de
impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina
extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte
de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en día se
han logrado añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una
modificación del material.
Los semiconductores extrínsecos, por su parte, son semiconductores intrínsecos a los
que les agregan impurezas para lograr su dopaje (así se conoce el resultado del proceso que
se lleva a cabo para modificar las propiedades eléctricas de un semiconductor).
Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce
cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica
por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del
semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas
cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas".
Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos
semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita [como
el galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también en su última órbita
[como el antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se
convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente
eléctrica.
SEMICONDUCTORES TIPO N
Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo
un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de
carga libres (en este caso negativos o electrones).
Cuando se añade el material dopante, aporta sus electrones más débilmente vinculados a
los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como
material donante, ya que da algunos de sus electrones.
El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en
el material. Para ayudar a entender cómo se produce el dopaje tipo n considérese el caso del
silicio (Si). Los átomos del silicio tienen una valencia atómica de cuatro, por lo que se
forma un enlace covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes. Si un átomo
con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla periódica (ej.

5. fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de
un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá cuatro enlaces covalentes y un electrón no
enlazado. Este electrón extra da como resultado la formación de "electrones libres", el
número de electrones en el material supera ampliamente el número de huecos, en ese caso
los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios.
A causa de que los átomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón extra que
"dar", son llamados átomos donadores. Nótese que cada electrón libre en el semiconductor
nunca está lejos de un ion dopante positivo inmóvil, y el material dopado tipo N
generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero.
SEMICONDUCTORES TIPO P
Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo
un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de
carga libres (en este caso positivos o huecos).
Cuando se añade el material dopante libera los electrones más débilmente vinculados de
los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material
aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como
huecos.
El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio,
un átomo tetravalente (típicamente del grupo 14 de la tabla periódica) se le une un átomo
con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla periódica (ej. Al, Ga,
B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese
átomo tendrá tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrará en condición
de aceptar un electrón libre.
Así los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado
por la red, un protón del átomo situado en la posición del hueco se ve "expuesto" y en breve
se ve equilibrado como una cierta carga positiva. Cuando un número suficiente de aceptores
son añadidos, los huecos superan ampliamente la excitación térmica de los electrones. Así,
los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores
minoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb), que contienen
impurezas de boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de
manera natural.

6. IMPUREZAS DONADORAS
Son elementos que tienen 5 electrones de valencia ejemplo (fosforo, arsénico, antimonio).
El electrón sobrante, debido a que no tienen que completarse ningún enlace, queda
débilmente unido al átomo de impureza, a temperatura ambiente, esto puede disociarse del
átomo de impureza y se mueve por el semiconductor como un electrón de conducción más,
es decir el átomo de impureza se ioniza.
Las impurezas donantes dan lugar a un electrón de conducción sin aportar ningún hueco.
No se rompen enlaces, cada otro átomo donante aumentas en uno la población de electrones
libres. Como contienen una cantidad de átomos donantes el material se denomina tipo n
(carga negativa).
IMPUREZAS ACEPTORAS
Son elementos que tienen 3 electrones de valencia ejemplo (boro, indio, aluminio).
Estos átomos, al igual que antes encajan en la estructura cristalina periódica del
semiconductor anfitrión. Así pues, en la estructura habrá una vacante, ósea un hueco
asociado al átomo aceptor. Igual que antes este hueco esta débilmente unido al átomo
aceptor y a temperaturas normales se mueve libremente por el semiconductor.
Las impurezas aceptadoras aportan huecos al semiconductor sin aportar electrones, no se
rompen enlaces. Cada átomo aceptor aumenta en uno la población de huecos. Como
contiene una cantidad importante de átomos aceptores el material se llama tipo p (carga
positiva).
MODELO DE BANDAS DE ENERGÍA.
El modelo de bandas permite explicar con una excelente aproximación el fenómeno de
la conducción eléctrica en los sólidos. Según este modelo, la materia está constituida por
átomos, cuyos electrones se distribuyen en bandas de energía. La banda más externa con
electrones es la banda de valencia (Ev). Para que un electrón escape de la atracción del
núcleo, es necesario que adquiera la energía suficiente (Eg) que le permita saltar a la banda
de conducción (Ec). Por lo tanto: Eg = Ec – Ev. El espacio intermedio entre la banda de
valencia y la de conducción se denomina banda prohibida, y representa valores de energía
que no pueden tener los electrones.
La banda de valencia (BV): está ocupada por los electrones de valencia de los átomos,
es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los

7. átomos. Los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los átomos, pero no
intervienen en la conducción eléctrica.
La banda de conducción (BC): está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos
que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los
responsables de conducir la corriente eléctrica.
En consecuencia, para que un material sea buen conductor de la corriente eléctrica debe
haber poca o ninguna separación entre la BC y la BV (que pueden a llegar a solaparse), de
manera que los electrones puedan saltar entre las bandas. Cuando la separación entre
bandas sea mayor, el material se comportará como un aislante. En ocasiones, la separación
entre bandas permite el salto entre las mismas de solo algunos electrones. En estos casos, el
material se comportará como un semiconductor. Para que el salto de electrones entre
bandas en este caso se produzca deben darse alguna o varias de las siguientes situaciones:
que el material se encuentre a altas presiones, a una temperatura elevada o se le añadan
impurezas (que aportan más electrones).
CIRCUITOS CON DIODOS
 Calcular Io y VIP para el circuito de la figura