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Materia: Física 4.
Docente: Ing. Christian Aldaco González.
Horario: 3:00 a 4:00 pm
Aula: R-9
2.1 SEMICONDUCTOR P Y SEMICONDUCTOR N
2.2 UNION P.N EN ESTADO DE EQUILIBRIO
2.2.1 POTENCIAL DE CONTACTO
2.2.2 CAMPO ELECTRICO
2.2.3 ZONA DE VACIAMIENTO
2.2.4 CARGA ALMACENADA
2.2.5 CAPACITANCIA EN UNA UNION P.N.
2.3 CONDICIONES DE POLARIZACION
2.3.1 POLARIZACION DIRECTA
2.3.2 POLARIZACION INVERSA
2.4 FENOMENOS DE RUPTURA
2.4.1 RUPTURA POR MULTIPLICACION O AVALANCHA
2.4.2 RUPTURA ZENER
2.5 TECNICAS DE FABRICACION DE DISPOSITIVOS DE UNION.
Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un
proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de compuesto,
normalmente trivalente, es decir con 3 electrones en la capa de
valencia, al semiconductor para poder aumentar el número de
portadores de carga libres (en este caso positivos, huecos). N
abCuando el material dopante es añadido, éste libera los
electrones más débilmente vinculados de los átomos del
semiconductor. Este agente dopante es también conocido
como material aceptador. El propósito del dopaje tipo P es el
de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, una
impureza trivalente deja un enalace covalente incompleto,
haciendo que, por difusión, uno de los átomos vecinos le ceda
un electrón completando así sus cuatro enlaces. Así los
dopantes crean los “huecos”. Cada hueco está asociado con
un ion cercano cargado negativamente, por lo que el
semiconductor se mantiene eléctricamente neutro en general.
SEMICONDUCTOR TIPO N:
Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un
proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de
compuesto, normalmente pentavalente,es decir con 5
electrones en la capa de valencia, al semiconductor para
poder aumentar el número de portadores de carga libres
(en este caso, negativos, electrones libres). Cuando el
material dopante es añadido, éste aporta sus electrones
más débilmente vinculados a los átomos del
semiconductor. Este tipo de agente dopante es también
conocido como material donanador ya que cede uno de
sus electrones al semiconductor. El propósito del dopaje
tipo N es el de producir abundancia de electrones libres
en el material.
Una unión p-n se encuentra en equilibrio termodinámico
cuando se encuentra a una temperatura uniforme y no actúan
sobre ella factores externos que aporten energía.
En este caso las corrientes de electrones y huecos deben
anularse en cada punto del semiconductor y, desde un punto
de vista termodinámico, el nivel de Fermi ha de ser el mismo
para ambos tipos de portadores. Con ello tendremos:
Antes de producirse el equilibrio y desde el instante del
contacto, existen unas corrientes de difusión producidas por
la variación del gradiente de portadores a cada lado de la
unión
Es ocacionado por el salto de los electrones
libres que se encuntran cerca de la juntura
metalurgica provocado en el bloque N
hacia los iones positivos que se
encuentran en el bloque P. Este salto se
lleva a cabo sin necesidad de aplicar
energia electrica. El potencial de contacto
se puede considerar despresiable para
fines practicos.
la intensidad de campo eléctrico en un punto se define
como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada
en él. si e es la intensidad de campo, sobre una carga q
actuará una fuerza
f=q•e
la dirección del campo eléctrico en cualquier punto viene
dada por la de la fuerza que actúa sbre una carga positiva
unidad colocada en dicho punto.
las líneas de fuerza en un campo eléctrico están trazadas
de modo que son, en todos sus puntos, tangentes a la
dirección del campo, y su sentido positivo se considera que
es el que partiendo de las cargas positivas termina en las
negativas.
la intensidad de un campo eléctrico creado por varias
cargas se obtiene sumando vectorialmente las.
intensidades de los campos creados por cada carga de
forma individual
.
CARGA ALMACENADA:
El condensador almacena carga eléctrica, debido a la
presencia de un campo eléctrico en su interior, cuando
aumenta la diferencia de potencial en sus terminales,
devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente
se puede obtener que la energía , almacenada por un
condensador con capacidad C, que es conectado a una
diferencia de potencial V1 − V2, viene dada por:
Este hecho es aprovechado para la fabricación de
memorias, en las que se aprovecha la capacidad que
aparece entre la puerta y el canal de los transistores MOS
para ahorrar componentes.
CAPACITANCIA EN UNA UNION P N
Una unión p-n y un capacitor cargado, son cosas
parecidas. Como se menciono anteriormente, la
carga almacenada en la región de la unión
proviene del movimiento de los electrones de la
región n, lo cual ocasiona donadores.
Similarmente, al completarse los enlaces
covalentes de los átomos aceptores de un
material tipo p se producen cargas negativas
permanentes. El que exista un movimiento de
portadores libres cerca de la unión provoca una
región desértica la cual tolera un exceso de
cargas y un campo eléctrico.
Si el terminal positivo de la fuente está
conectado al material tipo p y el terminal
negativo de la fuente está conectado al
material tipo n, diremos que estamos en
"Polarización Directa".
La conexión en polarización directa tendría
esta forma:
Se invierte la polaridad de la fuente de continua, el
diodo se polariza en inversa, el terminal negativo de
la batería conectado al lado p y el positivo al n, esta
conexión se denomina "Polarización Inversa".
En la siguiente figura se muestra una conexión en
inversa:
El terminal negativo de la batería atrae a los huecos
y el terminal positivo atrae a los electrones libres, así
los huecos y los electrones libres se alejan de la unión
y la z.c.e. se ensancha.
Por multiplicación de portadores queremos
decir que el número de electrones y huecos que
pueden participar en el flujo de corriente se
incrementa.
Por supuesto el número total de electrones se
conserva siempre.
En conexión inversa de los diodos
ocurre el efecto por avalancha o
también llamado por multiplicación.
Los diodos admiten unos valores
máximos en las tensiones, existe un
límite para la tensión máxima en
inversa con que se puede polarizar un
diodo sin correr el riesgo de destruirlo.
La Ruptura Zener ocurre cuando los
electrones de valencia son liberados de
sus enlaces debido al gran campo
eléctrico sin alcanzar un nivel al que se
produzcan colisiones de gran energía.