Semiconductores

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!