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CUESTIONES TEÓRICAS CORRESPONDIENTES AL TEMA 3
(CURSO 05-06)
LOS COMPUESTOS SEMICONDUCTORES
1) Indicar los tipos de compuestos semiconductores que existen y su carácter
eléctrico.
a) Semiconductores estequiométricos (o cristalinos): son compuestos intermetálicos
b) Semiconductores imperfectos o no estequiométricos (no cristalinos): son compuestos
iónicos que contienen exceso de aniones, produciendo así un semiconductor tipo p, o
bien de cationes, produciendo un semiconductor tipo n.
Comisión B del grupo 2
2) Dentro de una familia de compuestos semiconductores, ¿cómo y por qué afecta
el aumento del peso molecular a la conducción eléctrica?
Al aumentar el peso molecular (descendiendo en las columnas de la tabla periódica), la
separación de energía entre bandas disminuye y la movilidad del electrón aumenta. Los
electrones de los últimos orbitales de los átomos más grandes y pesados están menos
enlazados a sus núcleos y, en consecuencia, tienen una separación entre bandas menor.
Esto hace que fácilmente se exciten a la banda de conducción, aumentando su
movilidad.
Comisión B del grupo 5
APLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES EN DISPOSITIVOS
ELÉCTRICOS
1) Describa el movimiento de los portadores mayoritarios y minoritarios en un
diodo de unión p-n en polarización eléctrica directa.
El material de tipo n está conectado al terminal negativo de la batería mientras que el
material tipo p está conectado al polo positivo. De ese modo los electrones del material
n (mayoritarios) son acelerados hacia el polo positivo, pasando por el material p. Allí
parte de los electrones se recombinarán con los huecos (mayoritarios). Del mismo modo
ocurrirá con los huecos en su camino hacia el terminal negativo, recombinándose en el
material n. EL proceso es continuo pues en cada recombinación de un electrón o de un
hueco, se genera un hueco o un electrón, respectivamente. Dado que la barrera
energética para este flujo eléctrico se reduce cuando la unión p-n está polarizada
directamente, la corriente eléctrica que fluye por el circuito puede ser muy
considerable.
Comisión B del grupo 4
2) ¿En qué consiste un transistor bipolar?
Un transistor de unión bipolar es un dispositivo electrónico que puede servir para
amplificar la corriente eléctrica considerablemente. Dicho dispositivo consta de dos
uniones p-n dispuestas secuencialmente sobre un monocristal de un material
semiconductor como el silicio. En los transistores se distinguen tres regiones: emisor
(emite los portadores de carga), base (controla el flujo de dichos portadores) y colector
(recoge los portadores emitidos).
Tipos de transistor bipolar:
a) p-n-p: emisor y colector de tipo p y base de tipo n
b) n-p-n: emisor y colector de tipo n y base de tipo p
Comisión B del grupo 6
DIPOLOS Y POLARIZACIÓN
1) Indicar las diferencias entre dipolos instantáneos y permanentes (según su
enlace atómico).
a) En los instantáneos existe una asimetría en la distribución de carga mientras que
en los permanentes la asimetría es en la densidad electrónica
b) Los enlaces interatómicos son débiles y no direccionales en los dipolos
instantáneos mientras que en los permanentes, se dan enlaces covalentes
c) En los dipolos permanentes existe una gran diferencia de electronegatividad
entre los átomos
d) Los dipolos permanentes favorecen la aparición de puentes de hidrógeno
e) La intensidad del enlace es mayor cuanto: mayor sea la movilidad de los
electrones (dipolos instantáneos) o mayor sea la diferencia de densidad
electrónica (dipolos permanentes)
Comisión B del grupo 5
2) ¿Cuáles son los requisitos para una polarización molecular permanente?
Se suele dar en materiales cerámicos cristalinos con una estructura cristalina asimétrica
a temperatura ambiente. En estos materiales la polarización es altamente anisotrópica y
el cristal debe estar correctamente alineado con respecto al campo eléctrico aplicado.
Comisión B del grupo 4
PROPIEDADES DIELÉCTRICAS: CONTROL Y COMPORTAMEINTO EN
MATERIALES ELÉCTRICOS Y AISLANTES
1) ¿De qué depende el fenómeno de la polarización? ¿Existe alguna relación con la
estructura del material?
El fenómeno de la polarización aparece cuando el material es sometido a un campo
eléctrico y cuando dicho material posee una alta constante dieléctrica.
Respecto a la estructura, el material deberá poseer dipolos permanentes que se muevan
con facilidad en un campo eléctrico. La existencia de imperfecciones en dicho material
(grieteas, fronteras de grano, etc…) favorecen la presencia de impurezas o humedad que
impiden el libere movimiento de dichos dipolos disminuyendo la polarización
Comisión B del grupo 5
2) ¿Qué es la rigidez dieléctrica?
Es el máximo campo eléctrico que puede mantenerse entre las placas de un condensador
sin que se descargue violentamente. Por lo tanto, la rigidez dieléctrica impone un límite
superior en la capacitancia y en la carga del condensador. A fin de construir
condensadores más pequeños y capaces de almacenar grandes cargas en presencia de un
campo eléctrico intenso, se deben seleccionar materiales con elevada rigidez dieléctrica
y una alta constante dieléctrica (materiales a situar entre las capas del condensador)
Comisión B del grupo 6
PIEZOELECTRICIDAD Y ELECTROSTRICCIÓN
1) Explicar el origen de la piezoelectricidad y de la electrostricción
Piezoelectricidad: Al imponer un cambio dimensional al material, los enlaces
interatómicos o interiónicos varían en longitud. Estas variaciones suponen
deformaciones de las distribuciones de carga moleculares y, por tanto, la aparición de
dipolos. Al orientarse los dipolos en alguna dirección particular se crea una diferencia
de potencial entre los extremos del material (efecto piezoeléctrico).
Electrostricción: Al aplicar un campo eléctrico, las distribuciones de carga de los
átomos se deforman y, consecuentemente, la forma y tamaño de los átomos. Además de
la consecuente formación de los dipolos, si éstos se orientan preferencialmente, el
material se deforma en su conjunto cambiando de longitud (efecto de electrostricción)
Comisión B del grupo 1, 3, 4 y 6
FERROELECTRICIDAD
1) ¿Qué cambios se observan en la celda unidad del BaTiO3 cuando se enfría por
debajo de 120ºC? ¿Qué nombre recibe esta temperatura de transformación?
Por debajo de 120ºC, el ión central de Ti4+ y los iones circundantes O2- de la celda del
BaTiO3 se desplazan ligeramente a lo largo de la misma dirección pero en sentidos
opuestos para crear un momento dipolar eléctrico. Esta temperatura de transformación
recibe el nombre de temperatura de Curie. Para temperaturas inferiores, el BaTiO3 tiene
polarización. Para temperaturas superiores, la agitación térmica es suficientemente
intensa como para desordenar los dipolos del material y anular su polarización (pérdida
del carácter ferroeléctrico)
Comisión B del grupo 2, 3, 4 y 5