Semiconductores de

Physics II

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Overview

Fuente: Derek Wilson, Asantha Cooray, PhD, Departamento de física & Astronomía, Facultad de ciencias física, Universidad de California, Irvine, CA

Los semiconductores son materiales cuya capacidad de conducir una corriente eléctrica depende fuertemente de su temperatura y su nivel de impurezas. El tipo más común de material semiconductor es el silicio cristalino. Semiconductores más puros no son conductores de excepcionales; para mejorar la conductividad, un semiconductor puro es a menudo combinado o "dopado" con impureza. Estas impurezas son cualquiera de los dos donantes, como el fósforo y el arsénico, que donan electrones a la silicona, o aceptantes, como boro y aluminio, que roban electrones del silicio. Cuando aceptadores de electrones del silicio, salen de las regiones de carga positiva llamado "agujeros" que efectivamente se comportan como electrones cargados positivamente.

Un semiconductor tipo p se forma cuando el dopaje hace agujeros que están en el portador de la carga dominante en el material. Un semiconductor tipo n se forma cuando un semiconductor es dopado que el portador dominante de la carga es el electrón. Como es de esperar, se forma una ensambladura del p-n en el límite entre el semiconductor de tipo p y tipo n semiconductor. La interacción de electrones y agujeros en el cruce da lugar al notable comportamiento visto en componentes de circuito tales como diodos y transistores. Este laboratorio será explorar las propiedades de una sola ensambladura del p-n en la forma de un diodo semiconductor.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la física II. Semiconductores de. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

En el cruce entre los materiales tipo p y n, los electrones de las impurezas donantes en el semiconductor de tipo n se combinan con los agujeros desde el semiconductor tipo p. La impureza donante en el semiconductor de tipo n pierde un electrón y se convierte en un ion positivo. La impureza del aceptador en el p-type acepta este electrón, formando un ion negativo. La "región de agotamiento" inmediatamente alrededor de la ensambladura se convierte así en deficiente en electrones y en huecos. En la región de agotamiento, la región de material tipo n se llena ahora con iones positivos e iones negativos predomina el material tipo p. Los iones positivos repelen los electrones lejos del lado del n-tipo de la Unión, mientras que los iones negativos repelen los agujeros desde el lado de tipo p de la Unión. El campo eléctrico de la acumulación de iones en la ensambladura del p-n efectiva impide que electrones o agujeros que fluye a través de la Unión.

Sin embargo, si un fuerte que se aplica suficiente voltaje a través de la Unión p-n, se puede hacer corriente a fluir otra vez. Si se coloca una gota de voltaje positivo a través de la Unión (es decir, una disminución en la tensión del material tipo p al material tipo n), entonces el campo eléctrico aplicado pueden ser capaces de superar la fuerza de los iones y puede empujar los electrones a través de la Unión. La Unión se dice que es "sesgado hacia adelante" en este caso. Por el contrario, si una caída de voltaje negativo es aplicada a través de la Unión (es decir, una disminución en la tensión del material tipo n al material tipo p), entonces la tensión extra añade repulsión a la repulsión existente de los iones y la corriente no puede fluir. En esta configuración, el cruce está "predispuesta revés." Corriente puede fluir así solamente en una dirección a través de una ensambladura del p-n.

La ecuación de diodo de Shockley describe la corriente, que fluye a través de una ensambladura del p-n en función de su temperatura y la caída de voltaje a través de él:

Equation 1(Ecuación 1)

donde mesentó es la saturación actual típicamente en amperios (A), e es la carga del electrón igual a 1,602 10-19 Coulombs (C), n es un parámetro adimensional que varía de 1 a 2 y representa las imperfecciones en el diodo, V es la caída de tensión en el diodo en voltios (V) (n = 1 para un diodo ideal), es constante 1,38 10-23 m2 kg s-2 K-1 de Boltzmann , y T es la temperatura en Kelvins (K) del diodo. La saturación actual es la pequeña corriente que todavía consigue fluir aun cuando el diodo está sesgada por el revés. Uno puede ver que la corriente crece exponencialmente para voltajes positivos y exponencialmente es humedecida por los voltajes negativos. También existe una dependencia fuerte de la temperatura. Altas temperaturas disminuyen el flujo de corriente y temperaturas bajas causan la corriente aumentar.

Procedure

<>

1. observar el comportamiento de una ensambladura del p-n en la forma de un diodo semiconductor y medir su curva característica corriente-tensión.

  1. Obtener un diodo de semiconductor, un LED (diodo emisor de luz), una fuente de energía, dos multímetros digitales, una resistencia de kΩ 1, algunos cables banana y conectores y un termómetro.
  2. Mira el diodo semiconductor. Debe haber una banda en uno de sus extremos. El lado con la banda es el "cátodo". El lado sin la banda es el "ánodo".
  3. Asegúrese de que la alimentación esté apagada antes de conectar cualquier componente del circuito. Usando los cables banana, conecte el terminal positivo de la fuente de alimentación a un lado de la resistencia y al otro lado de la resistencia al ánodo del diodo. Luego, conecte un multímetro en modo amperímetro al cátodo del diodo y conecte el otro terminal del amperímetro al terminal negativo de la fuente de energía para completar el circuito.
  4. Registrar la temperatura en la habitación.
  5. Establecer la fuente de alimentación para generar una corriente de 5 V y luego enciéndala.
  6. Ponga el cable positivo del multímetro en el ánodo del diodo y el negativo en el cátodo.
  7. En esta configuración, el diodo se considera sesgada hacia adelante, así que debe haber una corriente que fluye por el circuito, y el multímetro debe mostrar una tensión. Registrar el voltaje y la corriente que los multímetros.
  8. Ajustar la alimentación para generar un voltaje diferente. Registrar el voltaje y lecturas de corriente de los dos multímetros, que todavía debe estar conectados a través de y en serie con el diodo.
  9. Repita el paso anterior varias veces para una amplia gama de voltajes. Registrar la temperatura durante cada repetición también.
  10. Quitar el multímetro y apague la fuente de alimentación. Mientras que estos voltajes no están en un nivel peligroso, siempre es más seguro apagar la fuente de alimentación componentes del circuito.
  11. Mantenga todas las conexiones y configuración de la misma, excepto el diodo del tirón. El cátodo está conectado ahora a donde antes estaba conectado el ánodo y viceversa para el ánodo.
  12. Vuelva a encender la fuente de alimentación y vuelva a conectar el multímetro en el diodo, con el cable positivo del multímetro en el ánodo del diodo y la punta negativa en el cátodo.
  13. Grabar el nuevo voltaje y la corriente que se muestran. Puede ser necesario ajustar la sensibilidad del multímetro. El diodo está ahora atrás parcial, sólo que se permitirá una minúscula corriente fluyendo por el circuito.
  14. Utilice la ecuación de diodo de Shockley para calcular la corriente que pasa por el diodo en función de la tensión en el diodo y la temperatura del diodo. Se supone que mesentó = 4 10-10 A.
  15. Apague la fuente de alimentación y cambie el diodo por un LED.
  16. El LED tiene dos pines. El pin más largo es el ánodo, y el más corto es el cátodo. Observe el LED en configuraciones parciales de avance y retroceso parcial.
  17. Tenga en cuenta que, desde los flujos actuales sólo cuando el LED está sesgada hacia adelante, el LED sólo se enciende cuando en la configuración de avance parcial y oscuro en la configuración del sesgo de revés.

Semiconductores se utilizan extensivamente para construir electrónica y son la base de la industria global de semiconductores.

Un semiconductor es una sustancia sólida que normalmente tiene una conductividad entre la de un aislante y la de la mayoría de los metales como el cobre o el oro. El tipo más común de material semiconductor es el silicio cristalino, que está a su disposición en forma de obleas finas, pulidas.

Hay dos tipos principales de semiconductores tipo p y tipo n. Estos se fabrican cerca unos de otros y en diferentes configuraciones para construir dispositivos semiconductores como transistores p-n-p ensambladuras del p-n. Cada configuración posee propiedades eléctricas únicas útiles en diferentes dispositivos electrónicos.

Este video presenta los principios básicos de los materiales del semiconductor y las propiedades de ensambladuras del p-n en la forma de un diodo. A continuación ilustrará un protocolo paso a paso para caracterizar un diodo, seguido de algunas aplicaciones del mundo real de los semiconductores.

Más puros o intrínsecos semiconductores, como el silicio, no son conductores eléctricos excepcionales. Esto es porque cada átomo de silicio tiene cuatro electrones en su cáscara exterior o Valencia. Comparte estos electrones con átomos de silicio vecinos a forma enlaces covalentes, creando una estructura carente de electrones libres. Así un semiconductor se hace más conductora por la adición de impurezas, un proceso también conocido como el dopaje, para formar semiconductores dopados o extrínsecos.

Estas impurezas son de dos tipos: los donantes y aceptadores. "Donantes", como el fósforo y el arsénico, tienen cinco electrones en su cáscara de la Valencia. Cuatro de estos se utilizan para formar enlaces covalentes con átomos de silicio adyacentes. El electrón restante de un entonces es libre de moverse a través de la celosía. Este tipo de semiconductor dopado, en la cual los electrones son los portadores de carga dominante, se llama un semiconductor de tipo n.

Ahora si la impureza es una molécula del aceptador, como boro o aluminio, el resultado es diferente. Estos receptores tienen solamente tres electrones en su cáscara de la Valencia. Por lo tanto, cuando un átomo aceptor forma enlaces con los átomos circundantes de silicio, deja atrás una región de carga positiva llamada un "agujero" que efectivamente se comporta como un electrón cargado positivamente. El agujero está ahora libre para moverse a través de la celosía. Este tipo de semiconductor dopado, en la que los agujeros son los portadores de carga de mayoría, se llama semiconductor tipo p.

Ahora, cuando una región en un cristal semiconductor único o una oblea es dopada con átomos del donante, y una región adyacente es dopada con átomos de aceptador, se forma una ensambladura del p-n. La interfaz entre la p y las n-regiones se llama el límite de conexiones.

En el límite de conexiones, los electrones en exceso en la región n difusión hacia la región p, y simultáneamente los agujeros exceso en la región p difusión hacia la región de n.

Como resultado de esta difusión, los átomos del donante en la región n se convierten en iones positivos inmóviles, mientras que los átomos del aceptador en la región p se convierten en iones negativos inmóviles. Así, en el límite entre la p y regiones n, una "región de agotamiento" que es deficiente en electrones móviles y los agujeros.

Los iones negativos en la región de agotamiento de p-tipo repelen los electrones que difunden de la región n a la región p, mientras que los iones positivos en la región tipo n agotamiento repelen los agujeros que difunden de la región p a la n-región.

En otras palabras, el campo eléctrico de la acumulación de iones en la región de agotamiento efectivamente bloquea la corriente fluya a través de la Unión. Sin embargo, es posible corriente a fluir otra vez aplicando un voltaje a través de la intersección.

Si se aplica una tensión positiva, también conocido como "forward-bias", la anchura de la región de agotamiento reduce, disminuye el campo eléctrico de la región, debido a que electrones y agujeros de saltan a través de la ensambladura y así los flujos actuales a través de la configuración.

Por el contrario, si una caída de voltaje negativo es aplicada a través de la Unión, conocido como "sesgo de reversa", entonces aumenta el ancho de la región de agotamiento. Esto a su vez aumenta la intensidad de campo eléctrico y la resistencia al flujo de electrones de la región y agujeros a través de la Unión.

Corriente así fluye sólo en una dirección a través de una ensambladura del p-n. La ecuación de diodo de Shockley puede utilizarse para el cálculo de esta corriente como una función de temperatura y caída de tensión del diodo. Aquí, 'e' es la carga electrónica, ' n ' es un factor de idealidad que caracteriza como un diodo real se realiza con respecto a un diodo ideal, 'Kb' es constante de Boltzmann, y 'Isat' es la pequeña corriente de fuga que fluye a través del dispositivo aun cuando es inversa parcial.

Tras completar los conceptos básicos, ahora repasemos un protocolo paso a paso para caracterizar a una ensambladura del p-n. En primer lugar obtener los materiales necesarios y los instrumentos, es decir, un diodo de semiconductor, un diodo emisor de luz o LED, una fuente de energía, dos multímetros digitales, una resistencia de 1 kilo ohm, algunos cables banana y conectores y un termómetro.

Mira el diodo semiconductor y verificar que hay una terminal de red y un terminal negro. El terminal negro se llama cátodo y el terminal rojo es el ánodo.

A continuación, conecte el resistor en serie con el ánodo del diodo. Entonces, utilizando los cables de plátano, conecte el terminal positivo de la fuente de alimentación al extremo de la resistencia de. A continuación, conecte el cátodo del diodo a la terminal positiva de un amperímetro y el terminal negativo del amperímetro al terminal negativo de la fuente de energía para completar el circuito para completar el circuito.

El diodo es ahora sesgado hacia adelante. Registrar la temperatura de la habitación. A continuación, establezca la fuente de alimentación para alimentar corriente directa de + 5 voltios a través del circuito.

Como el diodo está sesgada hacia adelante, debe haber una corriente que fluye por el circuito y una tensión de caída en el diodo.

A continuación, conecte el positivo de un multímetro de segunda en el ánodo del diodo y la negativa en el cátodo. Asegúrese de que el multímetro está en modo de voltímetro y medir la caída de tensión. También, tenga en cuenta la corriente registrada por el amperímetro.

Ahora, ajustar la alimentación para generar un voltaje diferente y registrar la gota correspondiente a través del diodo usando el voltímetro y la corriente con el amperímetro.

Además, tenga en cuenta la temperatura ambiente para cada lectura y repita el protocolo para una gama de voltaje de diodo.

Una vez que se registran todas las mediciones, desconecte el voltímetro y apague la fuente de alimentación. Todo lo demás manteniendo igual, voltear el diodo para que ahora se invierten las conexiones del ánodo y el cátodo y el diodo se conecta en el modo de polarización inverso.

Encienda la fuente de alimentación y vuelva a conectar el voltímetro en el diodo, con el cable positivo del multímetro conectado al ánodo del diodo y el negativo al cátodo.

Registrar la caída de tensión en el diodo, la temperatura y la corriente que fluye por el diodo para una gama de voltaje de diodo. La fuente de alimentación y desconecte el diodo.

Por último, conecte un LED en lugar del diodo y observe el LED en configuraciones diagonales adelante y atrás para una variedad de caídas de tensión.

Con el protocolo completo ahora, vamos a revisar los resultados de ambos el experimento hacia adelante y reversa-sesgo mediante el diodo y el LED. En primer lugar, calcular la corriente que pasa a través del diodo para el diversos voltaje cae utilizando la ecuación de diodo de Shockley y el fabricante proporciona valor Isat. Por ejemplo, para una temperatura de 293 kelvin y un diodo mide voltaje de 555 milli-voltios, se puede calcular la corriente por el diodo a 0,913 mili-amperes.

Resultados típicos para las mediciones del circuito con el diodo conectado en diagonal hacia adelante y hacia atrás se enumeran en la tabla. La corriente calculada y medida se grafica como una función de la tensión de diodo medido. Esto se denomina la "curva característica" del diodo.

La trama muestra la dependencia exponencial de la corriente medida y calculada de la tensión de diodo. Específicamente, se observa que cuando el diodo está sesgado hacia adelante, permite la corriente fluya a través.

Pero cuando el diodo inverso parcial, no actual atraviesa, efectivamente lo que es una válvula que sólo permite el flujo de corriente en una dirección. La pequeña corriente que aún logra fluir, aun cuando el diodo es reverse-parciales, es la saturación actual.

Los semiconductores constituyen la base de la industria de electrónica completa que van desde los simples LEDs utilizados en nuestras pantallas de televisión a las computadoras súper complejo utilizadas para propósitos de manejo de datos científicos.

Semiconductores son usados no sólo construir ensambladuras del p-n diodos, pero también los transistores, que son n-p-n o uniones p-n-p. Estos transistores son la base de toda la electrónica moderna, como pueden ser utilizados para construir las puertas lógicas, que son circuitos que pueden realizar operaciones lógicas booleanas básicas tales como AND, OR, no y NAND. Estas operaciones lógicas se pueden combinar según sea necesario para realizar operaciones más complejas como digital adición y la multiplicación. Incluso puede ser utilizado para construir memoria y procesadores de computadoras.

Materiales del semiconductor pueden utilizarse también para generar luz para aplicación en óptica electrónica. Por ejemplo, una luz que emite el diodo o LED es una ensambladura del p-n que emite luz cuando se activa. Cuando se aplica un voltaje adecuado a ella, electrones se recombinan con los agujeros en el dispositivo, liberando energía en forma de luz.

De semiconductores de LED son más eficientes fuentes de luz que la bombilla incandescente tradicional. Por lo tanto, LEDs han encontrado aplicaciones en medio ambiente y muestra de iluminación, electrónica y avanzada tecnología de las comunicaciones.

Sólo ha visto introducción de Zeus a semiconductores. Ahora debe comprender los conceptos básicos de semiconductores y los principios, funcionamiento y características de la ensambladura del p-n. ¡Gracias por ver!

Results

Resultados típicos para las mediciones del circuito se muestran en la tabla 1. La ecuación de diodo de Shockley describe la corriente a través de un diodo en función de la temperatura del diodo y la caída de voltaje a través de él. Para una temperatura de 293.0 K, un factor de idealidad de voltaje de 555 mV a través del diodo y un arbitrario (pero representante) de n = 1.5,

Equation 2
Equation 3
Equation 4

La corriente por el diodo se calcula para todos los voltajes medidos. La curva característica del diodo (corriente como función del voltaje) se grafica en la figura 1. Se ve claramente la dependencia exponencial de la corriente en tensión. Cuando en parciales de avance, el diodo permite actual a fluir. Cuando en retroceso parcial, sólo la saturación microscópica actual puede fluir, con eficacia haciendo el diodo una válvula que sólo permite el flujo de corriente en una dirección.

Tabla 1: resultados.

Medido de la tensión (V) Medida temperatura (K) Medida actual

(mA)

Corriente calculada (mA)
0.555 293.0 0.372 0.913
0,617 293.1 1.813 4.66
0.701 293.1 114.67 42.7
-0.523 293.2 0,0014 -4 * 10-7
-0.620 293.0 0.0011 -4 * 10-7
-0.695 292.9 0.0008 -4 * 10-7

Figure 1
Figura 1 : Puntos teóricos de la ecuación de diodo de Shockley están en azul. Puntos medidos están en rojo. Un factor de idealidad arbitrario de n = 1.5 fue utilizado en la ecuación de diodo de Shockley. La discrepancia entre los valores teóricos y medidos podría desaparecer si se conoce el factor de idealidad verdadera del diodo.

Applications and Summary

Este laboratorio exploró las propiedades de los semiconductores y una ensambladura del p-n en la forma de un diodo semiconductor. Un diodo es un componente de circuito integrado por una ensambladura del p-n. Se midió la curva característica del diodo y el diodo se observó para llevar a cabo una corriente eléctrica en una única dirección. Un LED contiene un tipo especial de ensambladura del p-n que emite la luz además de realizar unidireccionalmente.

Los semiconductores se utilizan ampliamente en la industria electrónica. Diodos semiconductores contienen a solamente una sola ensambladura del p-n, mientras que los transistores están hechos de uniones n-p-n y p-n-p; es decir, ensambladuras del p-n dos directamente al lado del otro. Semiconductores transistores son la base de casi toda la electrónica moderna. Pueden ser utilizados para construir las puertas lógicas, que son circuitos que pueden realizar operaciones lógicas booleanas básicas tales como AND, OR, no y NAND. Estas operaciones lógicas pueden combinarse para realizar operaciones más complejas como la adición y la multiplicación y pueden utilizarse incluso para construir memoria y procesadores de computadoras. De semiconductores de LED son más fuentes de luz eficientes que las bombillas incandescentes tradicionales.

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1. observar el comportamiento de una ensambladura del p-n en la forma de un diodo semiconductor y medir su curva característica corriente-tensión.

  1. Obtener un diodo de semiconductor, un LED (diodo emisor de luz), una fuente de energía, dos multímetros digitales, una resistencia de kΩ 1, algunos cables banana y conectores y un termómetro.
  2. Mira el diodo semiconductor. Debe haber una banda en uno de sus extremos. El lado con la banda es el "cátodo". El lado sin la banda es el "ánodo".
  3. Asegúrese de que la alimentación esté apagada antes de conectar cualquier componente del circuito. Usando los cables banana, conecte el terminal positivo de la fuente de alimentación a un lado de la resistencia y al otro lado de la resistencia al ánodo del diodo. Luego, conecte un multímetro en modo amperímetro al cátodo del diodo y conecte el otro terminal del amperímetro al terminal negativo de la fuente de energía para completar el circuito.
  4. Registrar la temperatura en la habitación.
  5. Establecer la fuente de alimentación para generar una corriente de 5 V y luego enciéndala.
  6. Ponga el cable positivo del multímetro en el ánodo del diodo y el negativo en el cátodo.
  7. En esta configuración, el diodo se considera sesgada hacia adelante, así que debe haber una corriente que fluye por el circuito, y el multímetro debe mostrar una tensión. Registrar el voltaje y la corriente que los multímetros.
  8. Ajustar la alimentación para generar un voltaje diferente. Registrar el voltaje y lecturas de corriente de los dos multímetros, que todavía debe estar conectados a través de y en serie con el diodo.
  9. Repita el paso anterior varias veces para una amplia gama de voltajes. Registrar la temperatura durante cada repetición también.
  10. Quitar el multímetro y apague la fuente de alimentación. Mientras que estos voltajes no están en un nivel peligroso, siempre es más seguro apagar la fuente de alimentación componentes del circuito.
  11. Mantenga todas las conexiones y configuración de la misma, excepto el diodo del tirón. El cátodo está conectado ahora a donde antes estaba conectado el ánodo y viceversa para el ánodo.
  12. Vuelva a encender la fuente de alimentación y vuelva a conectar el multímetro en el diodo, con el cable positivo del multímetro en el ánodo del diodo y la punta negativa en el cátodo.
  13. Grabar el nuevo voltaje y la corriente que se muestran. Puede ser necesario ajustar la sensibilidad del multímetro. El diodo está ahora atrás parcial, sólo que se permitirá una minúscula corriente fluyendo por el circuito.
  14. Utilice la ecuación de diodo de Shockley para calcular la corriente que pasa por el diodo en función de la tensión en el diodo y la temperatura del diodo. Se supone que mesentó = 4 10-10 A.
  15. Apague la fuente de alimentación y cambie el diodo por un LED.
  16. El LED tiene dos pines. El pin más largo es el ánodo, y el más corto es el cátodo. Observe el LED en configuraciones parciales de avance y retroceso parcial.
  17. Tenga en cuenta que, desde los flujos actuales sólo cuando el LED está sesgada hacia adelante, el LED sólo se enciende cuando en la configuración de avance parcial y oscuro en la configuración del sesgo de revés.

Semiconductores se utilizan extensivamente para construir electrónica y son la base de la industria global de semiconductores.

Un semiconductor es una sustancia sólida que normalmente tiene una conductividad entre la de un aislante y la de la mayoría de los metales como el cobre o el oro. El tipo más común de material semiconductor es el silicio cristalino, que está a su disposición en forma de obleas finas, pulidas.

Hay dos tipos principales de semiconductores tipo p y tipo n. Estos se fabrican cerca unos de otros y en diferentes configuraciones para construir dispositivos semiconductores como transistores p-n-p ensambladuras del p-n. Cada configuración posee propiedades eléctricas únicas útiles en diferentes dispositivos electrónicos.

Este video presenta los principios básicos de los materiales del semiconductor y las propiedades de ensambladuras del p-n en la forma de un diodo. A continuación ilustrará un protocolo paso a paso para caracterizar un diodo, seguido de algunas aplicaciones del mundo real de los semiconductores.

Más puros o intrínsecos semiconductores, como el silicio, no son conductores eléctricos excepcionales. Esto es porque cada átomo de silicio tiene cuatro electrones en su cáscara exterior o Valencia. Comparte estos electrones con átomos de silicio vecinos a forma enlaces covalentes, creando una estructura carente de electrones libres. Así un semiconductor se hace más conductora por la adición de impurezas, un proceso también conocido como el dopaje, para formar semiconductores dopados o extrínsecos.

Estas impurezas son de dos tipos: los donantes y aceptadores. "Donantes", como el fósforo y el arsénico, tienen cinco electrones en su cáscara de la Valencia. Cuatro de estos se utilizan para formar enlaces covalentes con átomos de silicio adyacentes. El electrón restante de un entonces es libre de moverse a través de la celosía. Este tipo de semiconductor dopado, en la cual los electrones son los portadores de carga dominante, se llama un semiconductor de tipo n.

Ahora si la impureza es una molécula del aceptador, como boro o aluminio, el resultado es diferente. Estos receptores tienen solamente tres electrones en su cáscara de la Valencia. Por lo tanto, cuando un átomo aceptor forma enlaces con los átomos circundantes de silicio, deja atrás una región de carga positiva llamada un "agujero" que efectivamente se comporta como un electrón cargado positivamente. El agujero está ahora libre para moverse a través de la celosía. Este tipo de semiconductor dopado, en la que los agujeros son los portadores de carga de mayoría, se llama semiconductor tipo p.

Ahora, cuando una región en un cristal semiconductor único o una oblea es dopada con átomos del donante, y una región adyacente es dopada con átomos de aceptador, se forma una ensambladura del p-n. La interfaz entre la p y las n-regiones se llama el límite de conexiones.

En el límite de conexiones, los electrones en exceso en la región n difusión hacia la región p, y simultáneamente los agujeros exceso en la región p difusión hacia la región de n.

Como resultado de esta difusión, los átomos del donante en la región n se convierten en iones positivos inmóviles, mientras que los átomos del aceptador en la región p se convierten en iones negativos inmóviles. Así, en el límite entre la p y regiones n, una "región de agotamiento" que es deficiente en electrones móviles y los agujeros.

Los iones negativos en la región de agotamiento de p-tipo repelen los electrones que difunden de la región n a la región p, mientras que los iones positivos en la región tipo n agotamiento repelen los agujeros que difunden de la región p a la n-región.

En otras palabras, el campo eléctrico de la acumulación de iones en la región de agotamiento efectivamente bloquea la corriente fluya a través de la Unión. Sin embargo, es posible corriente a fluir otra vez aplicando un voltaje a través de la intersección.

Si se aplica una tensión positiva, también conocido como "forward-bias", la anchura de la región de agotamiento reduce, disminuye el campo eléctrico de la región, debido a que electrones y agujeros de saltan a través de la ensambladura y así los flujos actuales a través de la configuración.

Por el contrario, si una caída de voltaje negativo es aplicada a través de la Unión, conocido como "sesgo de reversa", entonces aumenta el ancho de la región de agotamiento. Esto a su vez aumenta la intensidad de campo eléctrico y la resistencia al flujo de electrones de la región y agujeros a través de la Unión.

Corriente así fluye sólo en una dirección a través de una ensambladura del p-n. La ecuación de diodo de Shockley puede utilizarse para el cálculo de esta corriente como una función de temperatura y caída de tensión del diodo. Aquí, 'e' es la carga electrónica, ' n ' es un factor de idealidad que caracteriza como un diodo real se realiza con respecto a un diodo ideal, 'Kb' es constante de Boltzmann, y 'Isat' es la pequeña corriente de fuga que fluye a través del dispositivo aun cuando es inversa parcial.

Tras completar los conceptos básicos, ahora repasemos un protocolo paso a paso para caracterizar a una ensambladura del p-n. En primer lugar obtener los materiales necesarios y los instrumentos, es decir, un diodo de semiconductor, un diodo emisor de luz o LED, una fuente de energía, dos multímetros digitales, una resistencia de 1 kilo ohm, algunos cables banana y conectores y un termómetro.

Mira el diodo semiconductor y verificar que hay una terminal de red y un terminal negro. El terminal negro se llama cátodo y el terminal rojo es el ánodo.

A continuación, conecte el resistor en serie con el ánodo del diodo. Entonces, utilizando los cables de plátano, conecte el terminal positivo de la fuente de alimentación al extremo de la resistencia de. A continuación, conecte el cátodo del diodo a la terminal positiva de un amperímetro y el terminal negativo del amperímetro al terminal negativo de la fuente de energía para completar el circuito para completar el circuito.

El diodo es ahora sesgado hacia adelante. Registrar la temperatura de la habitación. A continuación, establezca la fuente de alimentación para alimentar corriente directa de + 5 voltios a través del circuito.

Como el diodo está sesgada hacia adelante, debe haber una corriente que fluye por el circuito y una tensión de caída en el diodo.

A continuación, conecte el positivo de un multímetro de segunda en el ánodo del diodo y la negativa en el cátodo. Asegúrese de que el multímetro está en modo de voltímetro y medir la caída de tensión. También, tenga en cuenta la corriente registrada por el amperímetro.

Ahora, ajustar la alimentación para generar un voltaje diferente y registrar la gota correspondiente a través del diodo usando el voltímetro y la corriente con el amperímetro.

Además, tenga en cuenta la temperatura ambiente para cada lectura y repita el protocolo para una gama de voltaje de diodo.

Una vez que se registran todas las mediciones, desconecte el voltímetro y apague la fuente de alimentación. Todo lo demás manteniendo igual, voltear el diodo para que ahora se invierten las conexiones del ánodo y el cátodo y el diodo se conecta en el modo de polarización inverso.

Encienda la fuente de alimentación y vuelva a conectar el voltímetro en el diodo, con el cable positivo del multímetro conectado al ánodo del diodo y el negativo al cátodo.

Registrar la caída de tensión en el diodo, la temperatura y la corriente que fluye por el diodo para una gama de voltaje de diodo. La fuente de alimentación y desconecte el diodo.

Por último, conecte un LED en lugar del diodo y observe el LED en configuraciones diagonales adelante y atrás para una variedad de caídas de tensión.

Con el protocolo completo ahora, vamos a revisar los resultados de ambos el experimento hacia adelante y reversa-sesgo mediante el diodo y el LED. En primer lugar, calcular la corriente que pasa a través del diodo para el diversos voltaje cae utilizando la ecuación de diodo de Shockley y el fabricante proporciona valor Isat. Por ejemplo, para una temperatura de 293 kelvin y un diodo mide voltaje de 555 milli-voltios, se puede calcular la corriente por el diodo a 0,913 mili-amperes.

Resultados típicos para las mediciones del circuito con el diodo conectado en diagonal hacia adelante y hacia atrás se enumeran en la tabla. La corriente calculada y medida se grafica como una función de la tensión de diodo medido. Esto se denomina la "curva característica" del diodo.

La trama muestra la dependencia exponencial de la corriente medida y calculada de la tensión de diodo. Específicamente, se observa que cuando el diodo está sesgado hacia adelante, permite la corriente fluya a través.

Pero cuando el diodo inverso parcial, no actual atraviesa, efectivamente lo que es una válvula que sólo permite el flujo de corriente en una dirección. La pequeña corriente que aún logra fluir, aun cuando el diodo es reverse-parciales, es la saturación actual.

Los semiconductores constituyen la base de la industria de electrónica completa que van desde los simples LEDs utilizados en nuestras pantallas de televisión a las computadoras súper complejo utilizadas para propósitos de manejo de datos científicos.

Semiconductores son usados no sólo construir ensambladuras del p-n diodos, pero también los transistores, que son n-p-n o uniones p-n-p. Estos transistores son la base de toda la electrónica moderna, como pueden ser utilizados para construir las puertas lógicas, que son circuitos que pueden realizar operaciones lógicas booleanas básicas tales como AND, OR, no y NAND. Estas operaciones lógicas se pueden combinar según sea necesario para realizar operaciones más complejas como digital adición y la multiplicación. Incluso puede ser utilizado para construir memoria y procesadores de computadoras.

Materiales del semiconductor pueden utilizarse también para generar luz para aplicación en óptica electrónica. Por ejemplo, una luz que emite el diodo o LED es una ensambladura del p-n que emite luz cuando se activa. Cuando se aplica un voltaje adecuado a ella, electrones se recombinan con los agujeros en el dispositivo, liberando energía en forma de luz.

De semiconductores de LED son más eficientes fuentes de luz que la bombilla incandescente tradicional. Por lo tanto, LEDs han encontrado aplicaciones en medio ambiente y muestra de iluminación, electrónica y avanzada tecnología de las comunicaciones.

Sólo ha visto introducción de Zeus a semiconductores. Ahora debe comprender los conceptos básicos de semiconductores y los principios, funcionamiento y características de la ensambladura del p-n. ¡Gracias por ver!

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