APLICACIONES DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES

APLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES
EN DISPOSITIVOS ELECTRICOS
1.- INTRODUCCIÓN
Un material semiconductor es aquel que tiene una conductividad eléctrica intermedia,
entre la de los metales y los aislantes; y otras propiedades físicas no usuales. Estos se
pueden clasificar en dos tipos:
 Semiconductores intrínsecos: poseen una conductividad eléctrica fácilmente
controlable y, al combinarlos correctamente adecuadamente, pueden actuar como
interruptores, amplificadores o dispositivos de almacenamiento. Ejemplo: Si y Ge puros.
 Semiconductores extrínsecos: estos se forman al agregar, intencionadamente, a
un semiconductor intrínseco sustancias dopantes. Su conductividad dependerá de la
concentración de esos átomos dopantes. Dependiendo de esas impurezas habrá dos tipos:
a) Semiconductores de tipo n: En las redes de Si o Ge se introducen elementos
del grupo 15 los cuales debido a que tienen un electrón mas en su capa de valencia
que los elementos del grupo14 se comportan como impurezas donadoras de
electrones o portadores negativos.
b) Semiconductores de tipo p: En este caso se introducen elementos del grupo
13 que presentan un electrón menos en su capa de valencia, por lo que se comportan
como aceptores o captadores de electrones.
2.- APLICACIONES EN DISPOSITIVOS ELECTRICOS
Se han desarrollado muchos dispositivos electrónicos utilizando las propiedades de
transporte de los semiconductores; el uso de semiconductores en la industria electrónica ha
aumentado de forma importante. Así, veremos algunas de las más importantes:
 Termistores: se basan en la propiedad de que la conductividad depende de la
temperatura para medir dicha temperatura. También se usan en otros dispositivos,
como en alarmas contra incendio.
 Transductores de presión: al aplicar presión a un semiconductor, los átomos son
forzados a acercarse, el gap de energía se estrecha y la conductividad aumenta.
Midiendo la conductividad, se puede conocer la presión que actúa sobre ese material.
 Rectificadores (dispositivos de unión tipo p-n): se producen uniendo un
semiconductor tipo n con otro tipo p, formando una unión tipo p-n. Los electrones se
concentran en la unión tipo n y los huecos en la unión p. El desequilibrio electrónico
resultante crea un voltaje a través de la unión.
 Transistores de unión bipolar: un transistor se puede usar como interruptor o como
amplificador. El transistor de unión bipolar (BJT), se suele utilizar en unidades de
procesamiento central de computadoras por su rápida respuesta a la conmutación.
 Transistores de efecto de campo: utilizado frecuentemente para almacenar
información en la memoria de los ordenadores. El transistor de efecto de campo (FET),
se comporta de forma algo distinta a los de unión bipolar.
3.- LA UNION P-N
Los dispositivos semiconductores más comunes dependen de las propiedades de la
unión entre materiales de tipo p y de tipo n. Esta unión p-n se produce de forma más
habitual por difusión en estado sólido de un tipo de impureza de tipo p sobre un material de
tipo n. Aunque también se puede obtener un diodo de unión p-n por crecimiento de un
monocristal de silicio intrínseco y dopándolo primero con un material de tipo n y después
con uno p. Este diodo p-n se puede encontrar de tres maneras distintas, según como se
aplique el voltaje:
 En el equilibrio: Antes de la unión, ambos tipos de semiconductores son neutros;
en los p los huecos son los portadores mayoritarios y en los n son los electrones.
Después de la unión, los portadores de esta se difunden a través de ella. Después de
algunas recombinaciones, el proceso se interrumpe, ya que los electrones que van al
material tipo p, son repelidos por los iones negativos; y los huecos son repelidos por los
iones positivos del material tipo n. Los iones inmóviles de la unión forman una zona
agotada de los portadores mayoritarios, llamada zona de deplexión. De esta forma no
hay flujo neto de corriente en condiciones de circuito abierto.
 Polarización inversa: Si se invierte el voltaje aplicado, tanto los huecos como los
electrones se separan de la unión. Sin portadores de carga en la zona de agotamiento, la
unión se comporta como un aislante y casi no fluye corriente.
 Polarización directa: Si en la unión p-n se aplica un voltaje externo, de forma que la
terminal negativa este del lado tipo n, los electrones y los huecos se moverán hacia la
unión y se recombinarán finalmente. El movimiento de electrones y de huecos producen
una corriente neta. Si se incrementa esta polarización, aumentará la corriente que pase
por la unión.
4.- APLICACIONES PARA DIODOS DE UNION P-N.
 Diodos rectificadores: Uno de los usos más importantes de estos diodos de unión p-n
es convertir corriente alterna en corriente continua, lo que se conoce como rectificación.
Al aplicar una señal de corriente alterna a un diodo de unión p-n, este conducirá sólo
cuando la región p tenga aplicado un voltaje positivo con respecto a la región n, por lo que
se produce una rectificación de media onda. Esta señal se suaviza con otros dispositivos y
circuitos electrónicos, para dar una corriente continua estable.
 Diodos de avalancha: También se les llama diodos zener; son rectificadores de Si.
En la polarización inversa se produce una pequeña fuga de corriente, debido al
movimiento de electrones y huecos térmicamente activados. Al hacerse demasiado grande
la polarización inversa, cualquier portador que llegue a fugarse se acelerara lo suficiente
para excitar a portadores de carga, causando una corriente elevada en dirección inversa.
Debido a este fenómeno se pueden diseñar dispositivos limitadores de voltaje. Al dopar
adecuadamente la unión p-n, se puede seleccionar el voltaje de avalancha o de ruptura. Al
aumentar mucho el voltaje, por encima del de ruptura, fluirá una corriente elevada a
través de la unión, así se evita que pase por el resto del circuito; por eso se utilizan para
proteger circuitos contra voltajes accidentales.
5.- TRANSISTOR DE UNION BIPOLAR.
Un transistor de unión bipolar es un apilamiento de materiales semiconductores en
secuencia n-p-n-p-n-p. En el transistor se pueden distinguir tres zonas:
 Emisor: emite portadores de carga, como es de tipo n, emite electrones.
 Base: controla el flujo de los portadores de carga, es de tipo p. Esta se hace muy
delgada (del orden de 10-3 cm de espesor) y se dopa, de forma que solo una pequeña
fracción de los portadores que viene del emisor se combinará con los portadores
mayoritarios de la base con carga opuesta.
 Colector: recoge los portadores de carga provenientes del emisor; la zona del
colector es del tipo n, recoge electrones.
6.- BIBLIOGRAFIA
1. Donald R. Askeland, Ciencia e ingeniería de los materiales, Ed. Paraninfo Thompson
Learning, 2001
2. William F Smith, Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, 3ª Edición,
Ed. Mc Graw Hill.