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GUIA DIDACTICA DE ELECTRONICA N º6
1. IDENTIFICACION
ASIGNATURA
GRADO
TECNOLOGIA
ONCE
PERIODO
I.H.S.
SEGUNDO
6
DOCENTE(S) DEL AREA:NILSON YEZID VERA CHALA
COMPETENCIA: USO Y APROPIACION DE LA TECNOLOGIA
NIVEL DE COMPETENCIA: INTERPRETATIVA
SABER: SEMICONDUCTORES
2. MOTIVACION – AMBIENTACIÓN - SENSIBILIZACIÓN
TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES
Mira este video http://www.youtube.com/watch?v=rm8V7aBWvXM
Número
Atómico
48
Nombre del
Elemento
Cd (Cadmio)
5
B (Boro)
13
Al (Aluminio)
31
Ga (Galio)
49
In (Indio)
14
Si (Silicio)
32
Ge (Germanio)
15
P (Fósforo)
33
As (Arsénico)
51
Sb (Antimonio)
16
S (Azufre)
34
Se (Selenio)
52
Te (Telurio)
Grupo en la
Tabla Periódica
Categoría
Electrones en la
última órbita
IIa
Metal
2e
Metaloide
IIIa
IVa
VIa
-
+2
-
+3
-
+4
-
+3, -3, +5
-
+2, -2 +4, +6
3e
Metal
Metaloide
No metal
Va
Números de
valencia
4e
5e
Metaloide
No metal
6e
Metaloide
3. ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE
Propiedades físico-químicas de los semiconductores
Los semiconductores son cuerpos que, a bajas temperaturas son aislantes, pero se convierten en
malos conductores a temperatura ambiente.
CONDUCTOR
SEMICONDUCTOR
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AISLANTE
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Cobre
0,01786 W·mm2/m
Silicio
2 · 10 9 W·mm2/m
10 20
Mica
W·mm2/m
El silicio es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza y uno de los más utilizados como
semiconductor en la construcción de componentes electrónicos. Otros semiconductores empleados
son el germanio y en menor medida el selenio. También son semiconductores algunos compuestos
como el arseniuro de galio, el fosfuro de indio o el sulfuro de plomo.
Además, con ciertas modificaciones en su estructura cristalina, se puede mejorar la capacidad de los
semiconductores de establecer corrientes eléctricas.
Estructura cristalina
Los átomos están formados por un núcleo constituido por protones y neutrones que aportan la mayor
parte de la masa del átomo y una corteza formada por electrones de masa mucho menor que giran
en torno al núcleo en órbitas circulares o elípticas muy alejadas del centro del núcleo.
Los protones tienen carga positiva y atraen a los electrones de carga negativa que se mantienen
alejados por la fuerza centrífuga de su giro.
Los electrones sólo pueden situarse en ciertas órbitas cada vez más alejadas del núcleo y en cada
órbita sólo puede haber un cierto número de electrones.
Son de especial relevancia los electrones que se sitúan en la órbita más alejada, llamados
electrones de valencia.
Los átomos son más estables cuando su última capa u órbita está completa o cuando tienen 8
electrones en la última capa.
Los átomos con la última capa completa son muy estables y no ceden sus electrones con facilidad
por lo que las sustancias constituidas por este tipo de átomos son buenos aislantes.
Los átomos con sólo uno o dos electrones en la última capa tienen predisposición a perderlos. Dada
la movilidad de los electrones en las sustancias formadas por este tipo de átomos dan lugar a
buenos conductores.
Enlace covalente
Aquellos átomos que poseen menos de cuatro electrones en la última capa (incompleta), pierden
estos electrones con facilidad cediéndolos a otros átomos vecinos. Así consiguen que su última capa
(penúltima en realidad) quede completa.
Aquellos átomos que poseen más de cuatro electrones en la última capa (incompleta), tienden a
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ganar los electrones que les faltan para completar 8 en la última capa, ganándolos a otros átomos
vecinos.
Cuando un átomo cede electrones a otro, ambos quedan cargados con diferente polaridad (uno por
ganar electrones y el otro por perderlos) apareciendo fuerzas de atracción que los mantienen unidos.
Es el enlace iónico.
Cuando se encuentran átomos con
cuatro electrones en la última capa,
tienen igual tendencia a ganar otros
cuatro electrones que a perderlos y lo
hacen con gran dificultad.
En este caso lo que ocurre es que los
átomos comparten sus electrones de
valencia, haciendo que cada átomo
tenga 8 electrones en la última capa,
cuatro propios y otros cuatro de átomos
vecinos.
Se trata del enlace covalente, que forma cristales característicos donde cada átomo se rodea de
otros cuatro átomos iguales, compartiendo sus cuatro electrones, uno con cada átomo vecino, a la
vez que cada átomo vecino comparte un electrón con él (y otros tres con otros tres átomos vecinos).
Bandas de energía
En un átomo, los electrones se distribuyen en
capas y a cada capa corresponde una
energía.
Para pasar de una capa a otra el electrón
debe adquirir una energía igual a la
diferencia de energía entre las dos capas.
En un cuerpo sólido, las capas constituyen bandas de energía:
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Banda prohibida:
Espacio entre capas donde el electrón no puede encontrarse.
Banda permitida:
Nivel de energía correspondiente a una capa donde puede
encontrarse el electrón.
Banda de valencia:
Ultima banda de energía ocupada por electrones a cero grados
absolutos.
Banda de conducción:
Banda de energía que sigue a la de valencia y que a cero grados
absolutos está vacía.
La conducción
A una temperatura de cero grados absolutos, los electrones se encuentran en las bandas de energía
más bajas.
Si la última banda de energía, banda de
valencia, está completa, los electrones no
pueden desplazarse y dan lugar a los
aislantes.
Si la banda de valencia está incompleta, la
conducción es posible por desplazamiento de
los electrones dando lugar a los conductores.
En el caso de los semiconductores, la banda de valencia está completa, siendo aislantes a bajas
temperaturas, pero la banda prohibida hasta la siguiente banda de energía, llamada banda de
conducción, es muy pequeña, del orden de 1 electrón-voltio. La energía necesaria para pasar
electrones de la banda de valencia a la de conducción es pequeña y a temperatura ambiente ya
existen electrones en la banda de conducción y huecos en la de valencia, lo que permite la
conducción.
Semiconductores intrínsecos y extrínsecos
Los semiconductores son cuerpos como, por ejemplo, el selenio, el germanio y el silicio que en
condiciones normales son aislantes, pero con ciertas modificaciones de su organización molecular
se pueden convertir en conductores.
El procedimiento más habitual para conseguirlo consiste en introducir en el interior de estos
materiales sustancias con una estructura atómica determinada, proceso que recibe el nombre de
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dopado.
Semiconductores intrínsecos
Son semiconductores intrínsecos aquellos
cristales que permanecen puros. Un cristal de
silicio se considera intrínseco si sólo contiene
silicio en su estructura.
El silicio es un cuerpo cristalino con cuatro
electrones de valencia que, para obtener los 8
electrones de valencia que hacen estable a
cualquier cuerpo, rodea cada una de sus
moléculas de otras cuatro mediante enlaces
covalentes. En estas condiciones, a
temperaturas cercanas al cero absoluto (273ºC) el silicio es aislante, ya que no existen
en su seno electrones libres capaces de
establecer una corriente eléctrica.
Sin embargo, la energía necesaria para que un electrón de la última capa rompa el enlace covalente
y pase a un nivel de energía superior es bastante pequeño, del orden de 1 eV.
A temperatura ambiente, algunos electrones se liberan pasando a una banda de energía superior.
Esto convierte al silicio en conductor, puesto que
estos electrones pueden moverse de un átomo a
otro con cierta libertad, creando una corriente
eléctrica que mediante la polarización del cristal
puede orientarse y mantenerse.
Así mismo, el hueco dejado por el electrón,
puede ser rellenado por un electrón de un átomo
vecino, pasando el hueco a éste. Este efecto da
la impresión de una corriente de huecos o
cargas positivas que se desplazan en dirección
contraria a los electrones.
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A unos 20ºC el número de electrones libres que ha alcanzado la banda de conducción no es
suficiente para poder establecer una corriente eléctrica importante, por lo que no se le puede
considerar ni buen conductor ni buen aislador. Es por este motivo que a estos cuerpos se les
denomina semiconductores.
Semiconductores extrínsecos
Se conocen así a los cristales sometidos a un proceso que introduce impurezas de otros elementos
en la estructura cristalina del semiconductor, consiguiendo aumentar el número de electrones libres
y huecos para aumentar la conductividad del cristal.
Semiconductor tipo N
Cuando en un cristal de silicio con 4 electrones
de valencia por átomo, se introducen algunos
átomos de antimonio, arsénico o bismuto, que
poseen 5 electrones de valencia, se producen
enlaces covalentes incompletos dando lugar a
cargas negativas libres en el cristal.
A esta operación se la llama dopado y las
impurezas introducidas aumentan
considerablemente la movilidad electrónica del
conjunto.
A estas impurezas pentavalentes se las
denomina donantes.
En un semiconductor tipo N existe un mayor número de electrones libres que de huecos y la
corriente está formada mayoritariamente por electrones libres, por ello a los electrones se les
denomina portadores mayoritarios y a los huecos portadores minoritarios.
Semiconductor tipo P
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Si al silicio en estado puro se le introducen
impurezas que, como el indio, el aluminio, el
galio o el boro, sólo dispongan de tres
electrones de valencia, el enlace covalente será
otra vez incompleto, quedando en el cristal
huecos positivos sin rellenar por un electrón.
Al rellenarse estos huecos por electrones
cercanos da la impresión de desplazamiento del
hueco como si fuese una carga positiva móvil.
El dopado de tipo P también aumenta la
conductividad del cristal, aún cuando la
naturaleza del mismo sea diferente.
A estas impurezas pentavalentes se las denomina aceptores.
En un semiconductor tipo P existe un mayor número de huecos que de electrones libres y la
corriente está formada mayoritariamente por huecos, por ello a los electrones se les denomina
portadores minoritarios y a los huecos portadores mayoritarios.
Responde las siguientes preguntas acerca del texto:
1. ¿Qué es un semiconductor?
2. ¿Cuáles son los elementos semiconductores más empleados?
3. ¿Cuál es la condición de mayor estabilidad para un átomo en función de los
electrones que posee en la última capa?
4. ¿En qué consiste el enlace covalente?
5. Define brevemente lo que es la banda de energía denominada banda prohibida.
6. Explica lo que define a un aislante según la teoría de bandas de energía.
7. ¿En qué se diferencia los semiconductores extrínsecos de los intrínsecos?
8. ¿Qué nombre recibe el proceso de introducción de impurezas en un semiconductor?
9. ¿Cuál es la valencia de las impurezas añadidas al silicio para formar un
semiconductor tipo p?
10. ¿Cuál es la valencia de las impurezas añadidas al silicio para formar un
semiconductor tipo N?
11. Define brevemente lo que es la banda de energía denominada banda permitida.
12. Explica lo que define a un conductor según la teoría de bandas de energía.
13. Explica lo que define a un semiconductor según la teoría de las bandas de energía.
14. ¿Cuáles son los portadores mayoritarios de un semiconductor tipo N y de donde
proceden?
15. ¿Cuáles son los portadores mayoritarios de un semiconductor tipo P y de dónde
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proceden?
16. Define brevemente lo que es la banda de energía denominada banda de valencia.
17. ¿De dónde proceden los portadores minoritarios de un semiconductor?
18. Define brevemente lo que es la banda de energía denominada banda de conducción.
19. Explica el proceso por el cual los huecos pueden producir corriente eléctrica en un
semiconductor.
20. ¿En qué tipo de semiconductor de germanio los huecos son portadores mayoritarios?
¿ con qué impurezas se puede dopar el germanio para conseguirlo?
4. EVALUACION
Leyes fundamentales de la electricidad en el análisis de circuitos de corriente continua, para la selección de los
componentes requeridos y el buen funcionamiento del mismo
5. ACTIVIDADES EXTRACLASE
Consultar: Diferencias entre Corriente alterna y Corriente Directa.
6. WEBGRAFIA y/o BIBLIOGRAFIA
http://www.electricasas.com/diferencias-entre-corriente-continua-y-corriente-alterna/
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_corriente_alterna/ke_corriente_
alterna_1.htm
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_corriente_electrica/ke_corriente
_electrica_5.htm
http://kerchak.com/tecnologia/diferencias-entre-corriente-alterna-y-corrientecontinua/
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