Electronica de potencia - 01 introduccion elementos semiconductores

WWW.ITSA.EDU.COV I G I L A D A M I N E D U C A C I Ó N Ing. Humberto José López Torres

WWW.ITSA.EDU.COV I G I L A D A M I N E D U C A C I Ó NIng. Humberto José López Torres

ELEMENTOS SEMICONDUCTORES


WWW.ITSA.EDU.COV I G I L A D A M I N E D U C A C I Ó N

Materiales Conductores

• Los materiales conductores son aquellos cuya resistencia al paso de lacorriente es muy baja o casi nula.

• Los mejores conductores eléctricos son los metales, algunos nometales como el grafito y soluciones salinas.

• Dentro de los metales los mejores conductores son los metalespreciosos como son el Oro y la plata.



Materiales Aislantes

Son aquellos materiales que se resisten al paso de la corriente a través de ellos, es decir, la conductividad de estos materiales es bastante baja o la resistencia de los mismos es bastante alta.

Los materiales que pertenecen a esta categoría son en su mayoría son:

• Los plásticos

• Caucho

• Mica

• Cerámica



Materiales Semiconductores

Los materiales semiconductores son una clase especial de elementoscuya conductividad se encuentra entre la de un buen conductor y la deun aislante.

Los materiales semiconductores se clasifican en dos clases:

• Un solo cristal: Silicio (Si) y Germanio (Ge) los cuales poseenestructuras cristalinas repetitivas.

• Compuestos: Arseniuro de galio (GaAs), Sulfuro de cadmio (CdS),Nitruro de galio (GaN) y Fosfuro de Galio y arsénico (GaAsP) loscuales se componen de dos o mas materiales semiconductores dediferentes estructuras cristalinas.



El átomo

• Es la unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico. Cada sólido, líquido, gas y

plasma se compone de átomos neutros o ionizados. Los átomos son muy pequeños; los tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diez mil

millonésima parte de un metro).



Capa de valencia

La capa de valencia es la última capadonde se alojan los electrones en lacorteza.

Los electrones de valencia son loselectrones que se encuentran en la capa demayor nivel de energía del átomo, siendoestos los responsables de la interacciónentre átomos de distintas especies o entrelos átomos de una misma. Los electronesen los niveles de energía externos sonaquellos que serán utilizados en laformación de compuestos, a los cuales seles denomina como electrones de valencia.



Electrones

Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa.Un electrón no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras

palabras, generalmente se define como una partícula elemental.

Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva.Un protón no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras

palabras, generalmente se define como una partícula elemental.

Protones



Hueco de electrón o hueco

• Es la ausencia de un electrón en la banda de valencia. Tal banda devalencia estaría normalmente completa sin el "hueco". Una banda devalencia completa (o casi completa) es característica de los aislantes yde los semiconductores.



Iones

Es una partícula cargada eléctricamente constituida por un átomo omolécula que no es eléctricamente neutro. Conceptualmente esto sepuede entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo opartícula, se han ganado o perdido electrones; este fenómeno se conocecomo ionización.

• Anion: Carga eléctrica negativa

• Cation: Carga eléctrica positiva

• Catodo: es el lugar donde se produce una reacción de oxidación,mediante la cual un material, al ganar electrones, disminuye su estadode oxidación.

• Ánodo: es el lugar donde se produce una reacción de oxidación,mediante la cual un material, al perder electrones, incrementa suestado de oxidación.



Silicion, Germanio y GaAs



Enlace covalente

Un enlace covalente entre dos átomos se produce cuando estos átomos se unen, para

alcanzar el octeto estable, compartiendo electrones del último nivel.



Enlace covalente del Silicio



Cristales de silicio

Es la combinación de átomos de Silicio para formar un sólido, lo hacen formando una estructura ordenada llamada cristal.



Enlace covalente del Silicio



Enlace covalente del arsénico y Galio



Materiales intrínsecos

Son aquellos materiales semiconductores que hayan sidocuidadosamente refinado para reducir el número de impurezas a un nivelmuy bajo, es decir, son extremadamente puros.

Son aquellos materiales semiconductores a los cuales se les añadecierto grado de impureza, permitiendo cambiar sus característicasconductoras.

Materiales extrinsecos



Semiconductores tipo N y tipo P

TIPO n TIPO p

Si Si Si

Si 5 Si

Si Si SiAntimonio

Arsénico

Fósoforo

Si Si Si

Si 3 Si

Si Si SiBoro

Galio

Indio

Átomos donadores Átomos aceptadores



Niveles de energía

Cada estructura atómica de cada átomo aislado tiene nivelesespecíficos de energía asociados con cada capa y electrón en órbita.

Cuanto más alejado está un electrón del núcleo, mayor es su estado de energía y cualquier electrón que haya abandonado a su átomo padre tiene un estado de energía mayor que todo electrón

que permanezca en la estructura atómica.



Niveles de energia



Niveles de energia



Flujo de electrones contra el flujo de huecos



Portadores Mayoritarios y minoritarios

• En el estado intrínseco el número de electrones libres en Ge o Si se debe sólo a los electrones en la banda de valencia que adquirieron suficiente energía de fuentes térmicas o luminosas para romper la banda covalente o a las impurezas que no pudieron ser eliminadas


Engineering

Electronica de potencia - 01 introduccion elementos semiconductores