Diodos i

Circuitos Electrónicos I
Juan Felipe Monsalve Posada
Ingeniero Electrónico
jfmposada@gmail.com
Candidato a Magister ITM

TEMATICA
• Física de Semiconductores:
– Modelos
– Niveles de Energía
– Materiales Intrínsecos y Extrínsecos
– Material Tipo n y p.
– Diodo Unión
– Polarizaciones

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES [1]
• Para 1913 el físico Danés Niels Bohr desarrolló una hipótesis que
cuantizaba las capas en las que el átomo se encuentra girando. La primera
capa se llena con dos electrones, en la segunda ocho y en las capas
siguientes habrán cada vez más electrones. Los electrones mas externos
determinan las características atómicas, la ultima capa posee un máximo
de ocho electrones.

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES
• Tipos de materiales
– Conductor es cualquier material que soporte un flujo alto
de corriente cuando se aplica una fuente de voltaje de
magnitud limitada a través de sus terminales, ρ < 10−3
.
– Aislante es un material que ofrece un nivel muy pobre de
conducción bajo la tensión de una fuente de voltaje
aplicada, 105
< ρ.
– Semiconductor es un material que tiene un nivel de
conductividad situado entre los casos extremos de un
aislante y un conductor. A bajas temperaturas se comporta
como aislante y a altas temperaturas como conductor,
10−3
< ρ < 105

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES
Elemento Grupo
Electrones en
la última capa
Cd(Cadmio) II B 2 e-
Al, Ga(Galio), B(Boro),
In(Indio)
III A 3 e-
Si, Ge IV A 4 e-
P, As(Arsenico),
Sb(Antimonio)
V A 5 e-
Elementos semiconductores
Mediante el empleo de silicio y otros materiales semiconductores , en la actualidad
es posible fabricar CI que cuenta con mas de 1000 millones de componentes
electrónicos en una sola matriz de 2cm x 2cm

INTRODUCCIÓN A LOS SEMICONDUCTORES
• La estabilidad está determinada por el número de valencia. Los elementos con 5 o
más electrones de valencia son buenos aislantes como el fósforo, puesto que
tienden a capturar los electrones y no a cederlos. Los átomos con menos de 4
electrones como el aluminio tienden a liberarlos, a fin de vaciar su capa de
valencia y utilizar como tal la capa que ya esta llena. Estos átomos constituyen los
mejores conductores. Cuando se aplica energía a un átomo por medio de calor,
voltaje o por cualquier otro medio, la capa que capta la energía primeramente es
la de valencia.
• Cuando se unen átomos de semiconductores como el Silicio(Si) o el Germanio (Ge)
se conforma una estructura cristalina uniforme debido a que este posee 4
electrones en la capa de valencia los cuales se unen independientemente a otros
cuatro átomos de silicio fig1.

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES
• Niveles de Energía: En la
estructura atómica aislada
existen niveles de energía
discretos (individuales)
asociados con cada electrón
en una órbita.
• Nota: El electronvoltio
(símbolo eV), es una unidad
de energía que toma un
electrón cuando es acelerado
por una diferencia de
potencial de 1 voltio. Dicho
valor se obtiene
experimentalmente y equivale
aproximadamente a.
1,602176462 × 10-19 J.

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES [1]
• Para aumentar o disminuir la cantidad de electrones que circulan
por el cristal, debemos agregarle impurezas o átomos de otras
valencias al cristal de Silicio, Germanio u otro semiconductor.
• Si queremos agregar huecos, agregamos átomos de aluminio que
poseen 3 electrones en la capa de valencia o si queremos agregar
electrones o cargas negativas, inyectamos átomos de fósforo u otro
elemento con más de 4 electrones en capa de valencia.

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES
• Semiconductores intrínsecos: son aquellos
semiconductores que han sido cuidadosamente
refinados para reducir las impurezas a un nivel muy
bajo, esencialmente tan puro como se puede obtener a
través de la tecnología moderna.
• Semiconductores extrínsecos: Si a un semiconductor
intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño
porcentaje de impurezas, el semiconductor se
denomina extrínseco, y se dice que está dopado.
Existen dos materiales extrínsecos de gran importancia
para la fabricación de dispositivos semiconductores: el
tipo n y el tipo p.

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES
• Material tipo n: Tanto el material tipo n como el tipo p se forman
mediante la adición de un número predeterminado de átomos de impureza al
germanio o al silicio. El tipo n se crea a través de la introducción de elementos
de impureza que poseen cinco electrones de valencia (pentavalentes), como el
antimonio, arsénico y fósforo. El efecto de estos elementos impuros se indica
en la figura 1.9
A las impurezas difundidas con cinco electrones de valencia se les llama átomos donadores.

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES
• Material tipo p: El material tipo p se forma mediante el dopado de un
cristal puro de germanio o de silicio con átomos de impureza que poseen
tres electrones de valencia. Los elementos que se utilizan con mayor
frecuencia para este propósito son el boro, galio e indio. El efecto de
alguno de estos elementos, como el boro sobre el silicio, se indica en la
figura 1.1 1.
A las impurezas difundidas con tres electrones de valencia se les conoce como átomos
aceptores.

INTRODUCCIÓN A LOS
SEMICONDUCTORES
• Portadores mayoritarios y minoritarios
– En un material tipo n figura 1 . 13a) al electrón se le
llama portador mayoritario y el hueco es el portador
minoritario.
– En un material tipo p el hueco es el portador
mayoritario y el electrón es el portador minoritario.

DIODO SEMICONDUCTOR
El diodo semiconductor se forma con sólo juntar materiales tipo p y n
según se muestra en la figura 1.14. En el momento en que son
"unidos" los dos materiales, los electrones y los huecos en la región de
la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en
la región cercana a la unión. A esta región de iones positivos y
negativos descubiertos se le llama región de agotamiento, debido al
agotamiento de portadores en esta región.

DIODO SEMICONDUCTOR
Sin polarización aplicada (VD = O V): En
ausencia de un voltaje de polarización aplicado,
el flujo neto de la carga en cualquier dirección
para un diodo semiconductor es cero.

DIODO SEMICONDUCTOR
Condición de polarización inversa (VD < O V): A la corriente que
existe bajo las condiciones de polarización inversa se le llama
corriente de saturación inversa, y se representa mediante Is del
orden microamperios.

DIODO SEMICONDUCTOR
Condición de polarización directa (VD > O V):
Un diodo semiconductor tiene polarización
directa cuando se ha establecido la asociación
tipo p y positivo y tipo n y negativo.

DIODO SEMICONDUCTOR
𝑖 𝐷 = 𝐼𝑠(𝑒
𝑣 𝐷
𝑛𝑉 𝑇−1)

BIBLIOGRÁFICA
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2. BOYLESTAD, Robert L. y NASHELSKY, Louis. Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos.
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