Historia de Los Semiconductores

Historia de los semiconductores

La historia de los semiconductores se remonta a los tiempos de Faraday (1833) y Becquerel (1839). Faraday descubre que el sulfato de plata tiene un coeciente de temperatura ne!ati"o y Becquerel estudia las propiedades de al!unos electrolitos. #mbrose Flemin! (19$%)& en la b'squeda de un detector de seales elctricas& desarrolla el diodo de "ac*o& el primer dispositi"o electr+nico (",l"ula) conocido. -asi simult,neamente& ertel y /lstel (19$%) toman como base el efecto fotoelctrico y producen la primera clula fotoelctrica& la cual no ser, utili 0ada con nes comerciales hasta 19$& cuando da comien0o la in"esti!aci+n del cine sonoro y de la tele"isi+n. 2oco despus& Lee de Foret (19$) in"enta el triodo. /ste dispositi"o& aparte de detectar seales elctricas& es ya capa0 de amplicar seales (sur!e aadiendo un tercer electrodo a la ",l"ula). Hacia 191% se comien0a a usar el cristal de !alena como detector de seales. # principios de los aos $ se empie0an a utili0ar los recticadores de selenio y de +4ido de cobre y las ",l"ulas de radio sustituyen el detector de cristal. /ntre 19$ y 195$& por un lado se desarrolla el tetrodo y el pentodo& y de otro& los f*sicos elaboran teor*as que e4plican al!unos de los fen+menos descubiertos hasta entonces. /n 193 6chott7y publica la teor*a de los recticadores secos es la primera contribuci+n al estudio te+rico de los semiconductores. /n esta teor*a se aprecia que el empleo de la mec,nica cu,ntica se re"ela indispensable. al "e0 sea el tele"isor el in"ento m,s notable de nuestro tiempo& a :u0!ar por el impacto social que ha causado. /n 198 ;na "e0 sal"ados todos los problemas tcnicos en la e4perimentaci+n& la tele"isi+n comercial irrumpe en los ho!ares norteamericanos en 195%. Hacia 195$& durante la se!unda !uerra mundial& se busca un detector de cristal que satisfa!a las necesidades del radar (instrumento que funciona en las ondas centimtricas). La industria electr+nica se desarrolla "erti!inosamente y sur!en tcnicas de miniaturi0aci+n y empleo de materiales robustos y li!eros en los dispositi"os electr+nicos. #s* el diodo semiconductor recibe un nue"o impulso& mientras que el diodo de "ac*o queda rele!ado

La importancia /n la tecnolo!*a actual es muy si!nicati"a ya que forman la basa de !ran parte de los dispositi"os de estado s+lido= recticadores& transistores& fotoclulas& termistores& amplicadores operacionales& etc. ?e hecho se ha lle!ado a calicar hasta de re"oluci+n en la electr+nica a la masi"a transformaci+n que ocurri+ en la en la dcada de los aos %$ & en que la

mayor parte de la ",l"ula de "ac*o fueron sustituidas por diodos semiconductores y estos ten*an la "enta:a de ser mucho m,s baratos &sufrir menos a"er*as y consumir una potencia menor. #l ser de tamao mucho m,s reducido que las ",l"ulas de "ac*o moti"o que se empe0ase a considerar seriamente la miniaturi0aci+n de los componentes electr+nicos naciendo la denominada microelectr+nica.se puede armar con poca probabilidad de error que si no hubiera sido por el transistor y por los posteriores circuitos inte!rados el crecimiento e4ponencial e4perimentado por la industria electr+nica desde 19$ se hubiera con"ertido en crecimiento lineal tal como sucedi+ con la industria del acero o la del autom+"il en los pa*ses desarrollados .

 APLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES EN DISPOSITIVOS ELECTRICOS 1.- INTRODUCCIÓN >n material semiconductor es aquel que tiene una conducti"idad elctrica intermedia& entre la de los metales y los aislantes y otras propiedades f*sicas no usuales. /stos se pueden clasicar en dos tipos= Semiconductores intrínsecos: poseen una conducti"idad elctrica f,cilmente controlable y& al combinarlos correctamente adecuadamente& pueden actuar como interruptores& amplicadores o dispositi"os de almacenamiento. /:emplo= 6i y e puros. Semiconductores extrínsecos: estos se forman al a!re!ar& intencionadamente& a un semiconductor intr*nseco sustancias dopantes. 6u conducti"idad depender, de la concentraci+n de esos ,tomos dopantes. ?ependiendo de esas impure0as habr, dos tipos= a Semiconductores de tipo n: /n las redes de 6i o e se introducen elementos del !rupo 1% los cuales debido a que tienen un electr+n mas en su capa de "alencia que los elementos del !rupo15 se comportan como impure0as donadoras de electrones o portadores ne!ati"os. b Semiconductores de tipo p= /n este caso se introducen elementos del !rupo 13 que presentan un electr+n menos en su capa de "alencia& por lo que se comportan como aceptores o captadores de electrones.

2.- APLICACIONES EN DISPOSITIVOS ELECTRICOS 6e han desarrollado muchos dispositi"os electr+nicos utili0ando las propiedades de transporte de los semiconductores el uso de semiconductores en la industria electr+nica ha aumentado de forma importante. #s*& "eremos al!unas de las m,s importantes= •

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  Termistores= se basan en la propiedad de que la conducti"idad depende de la temperatura para medir dicha temperatura. ambin se usan en otros dispositi"os& como en alarmas contra incendio. Transd!tores de "resi#n= al aplicar presi+n a un semiconductor& los ,tomos son for0ados a acercarse& el !ap de ener!*a se estrecha y la conducti"idad aumenta. @idiendo la conducti"idad& se puede conocer la presi+n que act'a sobre ese material. Re!ti$!adores %dis"ositi&os de ni#n ti"o "-n' = se producen uniendo un semiconductor tipo n con otro tipo  p& formando una uni+n tipo p-n. Los electrones se concentran en la uni+n tipo n y los huecos en la uni+n  p. /l desequilibrio electr+nico resultante crea un "olta:e a tra"s de la uni+n. Transistores de ni#n (i"o)ar = un transistor se puede usar como interruptor o como amplicador. /l transistor de uni+n bipolar (BA)& se suele utili0ar en unidades de procesamiento central de computadoras por su r,pida respuesta a la conmutaci+n. Transistores de e*e!to de !am"o = utili0ado frecuentemente para almacenar informaci+n en la memoria de los ordenadores. /l transistor de efecto de campo (F/)& se comporta de forma al!o distinta a los de uni+n bipolar.

+.- LA UNION P-N Los dispositi"os semiconductores m,s comunes dependen de las propiedades de la uni+n entre materiales de tipo  p y de tipo n. /sta uni+n  p-n se produce de forma m,s habitual por difusi+n en estado s+lido de un tipo de impure0a de tipo p sobre un material de tipo n. #unque tambin se puede obtener un diodo de uni+n pn por crecimiento de un monocristal de silicio intr*nseco y dop,ndolo primero con un material de tipo n y despus con uno  p. /ste diodo pn se puede encontrar de tres maneras distintas& se!'n como se aplique el "olta:e= En el equilibrio: #ntes de la uni+n& ambos tipos de semiconductores son neutros en los p los huecos son los portadores mayoritarios y en los n son los electrones. ?espus de la uni+n& los portadores de esta se difunden a tra"s de ella. ?espus de al!unas recombinaciones& el proceso se interrumpe& ya que los electrones que "an al material tipo p& son repelidos por los iones ne!ati"os y los huecos son repelidos por los iones positi"os del material tipo n. Los iones inm+"iles de la uni+n forman una 0ona a!otada de los portadores mayoritarios& llamada 0ona de deple4i+n. ?e esta forma no hay Cu:o neto de corriente en condiciones de circuito abierto. Polarización inversa: 6i se in"ierte el "olta:e aplicado& tanto los huecos como los electrones se separan de la uni+n. 6in portadores de car!a en la 0ona de a!otamiento& la uni+n se comporta como un aislante y casi no Cuye corriente. Polarización directa: 6i en la uni+n pn se aplica un "olta:e e4terno& de forma que la terminal ne!ati"a este del lado tipo n& los electrones y los huecos se mo"er,n hacia la uni+n y se recombinar,n nalmente. /l mo"imiento de electrones y de huecos producen una corriente neta. 6i

se incrementa esta polari0aci+n& aumentar, la corriente que pase por la uni+n.

,.- APLICACIONES PARA DIODOS DE UNION P-N. Diodos re!ti$!adores >no de los usos m,s importantes de estos diodos de uni+n pn es con"ertir corriente alterna en corriente continua& lo que se conoce como recticaci+n. #l aplicar una seal de corriente alterna a un diodo de uni+n pn& este conducir, s+lo cuando la re!i+n p ten!a aplicado un "olta:e positi"o con respecto a la re!i+n n& por lo que se produce una recticaci+n de media onda. /sta seal se sua"i0a con otros dispositi"os y circuitos electr+nicos& para dar una corriente continua estable. Diodos de a&a)an!a ambin se les llama diodos 0ener son recticadores de 6i. /n la polari0aci+n in"ersa se produce una pequea fu!a de corriente& debido al mo"imiento de electrones y huecos trmicamente acti"ados. #l hacerse demasiado !rande la polari0aci+n in"ersa& cualquier portador que lle!ue a fu!arse se acelerara lo suciente para e4citar a portadores de car!a& causando una corriente ele"ada en direcci+n in"ersa. ?ebido a este fen+meno se pueden disear dispositi"os limitadores de "olta:e. #l dopar adecuadamente la uni+n pn& se puede seleccionar el "olta:e de a"alancha o de ruptura. #l aumentar mucho el "olta:e& por encima del de ruptura& Cuir, una corriente ele"ada a tra"s de la uni+n& as* se e"ita que pase por el resto del circuito por eso se utili0an para prote!er circuitos contra "olta:es accidentales.

/.- TRANSISTOR DE UNION 0IPOLAR. >n transistor de uni+n bipolar es un apilamiento de materiales semiconductores en secuencia npnpnp. /n el transistor se pueden distin!uir tres 0onas=

Emisor emite portadores de car!a& como es de tipo n& emite electrones. 0ase controla el Cu:o de los portadores de car!a& es de tipo p. /sta se hace muy del!ada (del orden de 1$ 3 cm de espesor) y se dopa& de forma que solo una pequea fracci+n de los portadores que "iene del emisor se combinar, con los portadores mayoritarios de la base con car!a opuesta. Co)e!tor  reco!e los portadores de car!a pro"enientes del emisor la 0ona del colector es del tipo n& reco!e electrones.