INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE VILLAHERMOSA
Ingeniería en Sistemas Computacionales
Asignatura: Principios Eléctricos Y Aplicaciones Digitales
Grupo: A
Nombre: Javier Alejandro Pérez Pasoz
Profesor: Manuel Antonio Rodríguez
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Principios Eléctricos y Aplicaciones Digitales: Introducción a los Semiconductores, Esquemas y mapas conceptuales de Electrotecnia
Una introducción a los semiconductores, materiales clave en la electrónica que permiten el funcionamiento de dispositivos electrodomésticos y electrónicos modernos. El texto explica la naturaleza de semiconductores, como el silicio, y cómo funcionan en diferentes estados, como conductor y aislante selectivos. Además, se discuten las aplicaciones de semiconductores en la fabricación de componentes electrónicos, como transistores, diodos y circuitos integrados.
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
2020/2021
1 / 9
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INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE VILLAHERMOSA
Ingeniería en Sistemas Computacionales
Asignatura : Principios Eléctricos Y Aplicaciones Digitales
Grupo: A
Nombre : Javier Alejandro Pérez Pasoz
Profesor: Manuel Antonio Rodríguez
INTRODUCCIÓN
Los semiconductores son la base de la electrónica, y son los que han permitido tener prácticamente todos los aparatos electrodomésticos y electrónicos de los que disfrutamos hoy en día. Un semiconductor es un material intermedio entre un conductor y un aislante. El cobre es un buen conductor porque posee un electrón en su orbital de valencia “último capa” que es atraído muy débilmente por el núcleo y es posible arrancárselo fácilmente aplicando una fuerza externa “electrón libre”. Un aislante por el contrario es un material que no tiene electrones libres y presenta una gran resistencia al movimiento de los electrones. Un semiconductor es aquel material que posee electrones libres en su orbital de valencia pero que lógicamente poseen una conductividad eléctrica inferior a las de un conductor. El elemento semiconductor más usado es el silicio: Como se puede ver, un átomo de silicio posee 14 protones y 14 electrones, situándose 4 de éstos en el orbital de valencia. Si el mejor conductor tiene solo 1 electrón en su orbital de valencia y el mejor aislante 8, el mejor semiconductor tendrá 4 electrones. Cuando los átomos de silicio se unen para formar un sólido lo hacen en una estructura ordenada llamada cristal, de tal manera que cada átomo de silicio comparte sus electrones de valencia con los átomos de silicio vecinos. Cada átomo vecino comparte un electrón con el átomo central, de esta forma el átomo central parece tener 4 electrones adicionales, sumando un total de 8 electrones en su orbital de valencia.
Aplicaciones de los semiconductores más usados Los semiconductores son elementos que desempeñan la función de conductores o aislantes selectivamente, en función de las condiciones externas a las cuales están sometidos, como temperatura, presión, radiación y campos magnéticos o eléctricos. Las aplicaciones de los semiconductores se dan en diodos, transistores y termistores principalmente. Los semiconductores se usan en aplicaciones electrónicas, en especial para la fabricación de componentes como transistores, diodos y circuitos integrados. También son usados como accesorios o complementos de sensores ópticos, como láseres de estado sólido, y algunos dispositivos de potencia para sistemas de transmisión de energía eléctrica. En la actualidad, este tipo de elementos está siendo empleado para desarrollos tecnológicos en el ámbito de las telecomunicaciones, sistemas de control y procesamiento de señales, tanto en aplicaciones domésticas como industriales. En la tabla periódica están presentes 14 elementos semiconductores, entre los cuales destacan silicio, germanio, selenio, cadmio, aluminio, galio, boro, indio y carbono. Los semiconductores son sólidos cristalinos con una conductividad eléctrica media, por lo que pueden emplearse de manera dual como un conductor y un aislador. Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. Los semiconductores a temperaturas bajas son aislantes, pero a medida que se eleva su temperatura resulta posible su conducción; tienen 4 de valencia, esto es 4 electrones en la órbita exterior. Existen 4 tipos de semiconductores. Intrínsecos. - Es un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. Extrínsecos. - Si a un semiconductor intrínseco, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, como elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio o germanio. Tipo N.- Este semiconductor se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomo 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. Tipo P.- Este semiconductor se obtiene igualmente 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. Diodos Al unir un semiconductor N con otro P se produce un fenómeno de difusión de cargas en la zona de contacto, que crea una barrera de potencial que impide a los demás electrones de la zona N saturar los restantes huecos positivos de la zona. Si unimos un generador como se indica en la figura los electrones libres de la zona N son repelidos por el polo negativo y los huecos de la zona P por el polo positivo, hacia la región de transición, que atraviesan. La corriente pasa. No ocurriría esto si la conexión se hubiera hecho con la polaridad invertida. El dispositivo es un “diodo semiconductor” y actúa como rectificador de corriente. Transistor Un transistor está constituido por dos zonas:
- Dos N separadas por una P (transistor NPN), esta disposición proporciona al conjunto unas propiedades particulares, en especial amplificadoras.
- Dos P separadas por una N (transistor PNP), permiten actuar sobre la intensidad de la corriente electrónica que pasa entre dos cristales semiconductores del mismo tipo, por medio de un electrodo metálico aislado por una delgada capa de óxido. Un transmisor se emplea, sobre todo, como amplificador y también en ordenadores, como interruptor rápido de la corriente. Termistor Se llama así a los semiconductores que son sensibles a los cambios de temperatura, o mejor, a aquellos en que las variaciones tienen, frente a la composición, un gran valor. Los materiales más usados son óxidos de Cobalto (CoO), de Hierro (FeO), de Magnesio (MgO), Manganeso (MnO), Níquel (NiO) y Titanio (TiO). Se utilizan en forma de bola, disco o varilla, indicando con esto la forma en que se separa el material base del termistor.
Los semiconductores se encuentran presentes en aparatos electrónicos que utilizamos en nuestra vida cotidiana, como equipos de línea marrón tales como televisores, reproductores de video, equipos de sonido; computadores y teléfonos celulares. Ejemplos El semiconductor más utilizado en la industria electrónica es el silicio (Si). Este material está presente en los dispositivos que conforman los circuitos integrados que forman parte de nuestro día a día. Las aleaciones de germanio y silicio (SiGe) son empleadas en circuitos integrados de alta velocidad para radares y amplificadores de instrumentos eléctricos, como por ejemplo, guitarras eléctricas. Otro ejemplo de semiconductor es el arseniuro de galio (GaAs), ampliamente utilizado en amplificadores de señales, específicamente de señales con alta ganancia y bajo nivel de ruido. Importancia en los equipos y dispositivos electrónicos Algunas de las funciones más importantes son: #Almacenamiento de información: Los semiconductores se utilizan en computadoras y tecnologías similares como transistores de efecto de campo, lo que contribuye el aguardado y almacenamiento de datos. Sensores de temperatura: Para usos industriales o fabriles, el semiconductor se utiliza dentro de sensores, programados para detectar temperaturas no esperadas o riesgosas para el lugar o campo donde se ... Rectificadores: En conexiones eléctricas de tipo alterna, la unión se semiconductores de tipo p y tipo n crean el voltaje necesario, producto del desequilibrio entre agregado de electrones y creación ... Amplificadores: Debido a su comportamiento eléctrico en base a su composición electrónica, los semiconductores sirven como amplificadores de corrientes eléctricas de baja intensidad. Detectores: Los semiconductores son materiales capaces de detectar señales de radio, lo que los hace ideales para su uso en actividades navales, de armada o formando parte de embarcaciones. Transductores: Los materiales semiconductores funcionan junto a la presión, aumentando mediante este fenómeno la conductividad en sistema eléctricos siempre que sea necesario. Transistores: Otra función de estos materiales es la de interrumpir o amplificar la electricidad dentro de sistemas de procesamiento en computadoras.
CONCLUSIÓN
Como se pudo leer en esta investigación sobre lo que son los semiconductores que se llevan con la química y tienen una relación bastante cercana y es que la mayoría de personas (incluyéndome) no tenía mucha idea sobre lo que eran en su totalidad, pues aquí me doy cuenta que a pesar de que van en muchas máquinas y quizá no nos demos cuenta sobre como funcionan y demás, podemos afirmar que su importancia es indispensable para que todo tipo de aparato electrónico funcione, ya que sin ellos, alguna computadora u otro tipo de máquinas no tendrían un buen funcionamiento o de plano ni funcionarían. Gran tema.