Materiales - Introducción
Cada materialen la naturaleza tiene ciertas propiedades. Estas propiedades definen el comportamiento de los materiales. La ciencia de los materiales es una rama de la electrónica que se ocupa del estudio del flujo de electrones en diversos materiales o espacios, cuando están sujetos a diversas condiciones.
Debido a la mezcla de átomos en sólidos, en lugar de niveles de energía individuales, se formarán bandas de niveles de energía. Este conjunto de niveles de energía, que están muy empaquetados, se denominanEnergy bands.
Tipos de materiales
La banda de energía en la que están presentes los electrones de valencia se llama Valence band, mientras que la banda en la que están presentes los electrones de conducción se llama Conduction band. La brecha de energía entre estas dos bandas se denominaForbidden energy gap.
Electrónicamente, los materiales se clasifican en general como aislantes, semiconductores y conductores.
Insulators- Los aislantes son aquellos materiales en los que la conducción no puede tener lugar, debido al gran espacio prohibido. Ejemplos: madera, caucho.
Semiconductors- Los semiconductores son materiales en los que la brecha de energía prohibida es pequeña y la conducción tiene lugar si se aplica alguna energía externa. Ejemplos: silicio, germanio.
Conductors- Los conductores son materiales en los que la brecha de energía prohibida desaparece a medida que la banda de valencia y la banda de conducción se acercan mucho y se superponen. Ejemplos: cobre, aluminio.
De los tres, los aislantes se utilizan cuando se desea la resistividad a la electricidad y los conductores se utilizan cuando la conducción debe ser alta. Los semiconductores son los que dan lugar a un interés específico de cómo se utilizan.
Semiconductores
UNA Semiconductores una sustancia cuya resistividad se encuentra entre los conductores y los aislantes. La propiedad de resistividad no es la única que decide un material como semiconductor, pero tiene pocas propiedades como sigue.
Los semiconductores tienen una resistividad menor que los aisladores y mayor que los conductores.
Los semiconductores tienen coeficiente de temperatura negativo. La resistencia en semiconductores, aumenta con la disminución de temperatura y viceversa.
Las propiedades conductoras de un semiconductor cambian cuando se le añade una impureza metálica adecuada, lo cual es una propiedad muy importante.
Los dispositivos semiconductores se utilizan ampliamente en el campo de la electrónica. El transistor ha reemplazado los voluminosos tubos de vacío, a partir de los cuales el tamaño y el costo de los dispositivos se redujeron y esta revolución ha seguido aumentando su ritmo dando lugar a nuevos inventos como la electrónica integrada. Los semiconductores se pueden clasificar como se muestra a continuación.
Un semiconductor en su forma extremadamente pura se dice que es un intrinsic semiconductor. Pero la capacidad de conducción de esta forma pura es demasiado baja. Para aumentar la capacidad de conducción del semiconductor intrínseco, es mejor agregar algunas impurezas. Este proceso de agregar impurezas se llamaDoping. Ahora, este semiconductor intrínseco dopado se llama comoExtrinsic Semiconductor.
Las impurezas agregadas son generalmente pentavalent y trivalentimpurezas. Dependiendo de este tipo de impurezas, se realiza otra clasificación. Cuando unpentavalent La impureza se agrega a un semiconductor puro, se llama como N-type extrinsic Semiconductor. Además, cuando untrivalent La impureza se agrega a un semiconductor puro, se llama como P-type extrinsic Semiconductor.
Unión PN
Cuando un electrón se mueve de su lugar, se dice que se forma un agujero allí. Entonces, un agujero es la ausencia de un electrón. Si se dice que un electrón se mueve del terminal negativo al positivo, significa que un agujero se mueve del terminal positivo al negativo.
Los materiales mencionados anteriormente son los fundamentos de la tecnología de semiconductores. losN-type material formado por la adición de impurezas pentavalentes tiene electrons as its majority carriersy huecos como portadores minoritarios. Mientras que laP-type material formado por la adición de impurezas trivalentes tiene holes as its majority carriers y electrones como portadores minoritarios.
Tratemos de entender qué sucede cuando los materiales P y N se unen.
Si un material tipo P y uno tipo N se acercan, ambos se unen para formar una unión, como se muestra en la figura siguiente.
Un material tipo P tiene holes como el majority carriers y un material tipo N tiene electrons como el majority carriers. A medida que se atraen cargas opuestas, pocos agujeros en el tipo P tienden a ir al lado n, mientras que pocos electrones en el tipo N tienden a ir al lado P.
A medida que ambos viajan hacia la unión, los huecos y los electrones se recombinan entre sí para neutralizar y formar iones. Ahora, en esta unión, existe una región donde se forman los iones positivos y negativos, llamada comoPN junction o barrera de unión como se muestra en la figura.
La formación de iones negativos en el lado P e iones positivos en el lado N da como resultado la formación de una región cargada estrecha a cada lado de la unión PN. Esta región ahora está libre de portadores de carga móviles. Los iones presentes aquí han sido estacionarios y mantienen una región de espacio entre ellos sin ningún portador de carga.
Como esta región actúa como una barrera entre los materiales de tipo P y N, esto también se denomina como Barrier junction. Este tiene otro nombre llamadoDepletion regionlo que significa que agota ambas regiones. Se produce una diferencia de potencial V D debido a la formación de iones, a través de la unión denominada comoPotential Barrierya que evita un mayor movimiento de huecos y electrones a través de la unión. Esta formación se llama comoDiode.
Sesgo de un diodo
Cuando un diodo o cualquiera de los dos componentes terminales están conectados en un circuito, tiene dos condiciones polarizadas con el suministro dado. SonForward biased condición y Reverse biased condición.
Condición sesgada hacia adelante
Cuando un diodo está conectado en un circuito, con su anode to the positive terminal y cathode to the negative terminal del suministro, entonces se dice que dicha conexión es forward biased condición.
Este tipo de conexión hace que el circuito esté cada vez más polarizado hacia adelante y ayuda en una mayor conducción. Un diodo conduce bien en condición de polarización directa.
Condición de sesgo inverso
Cuando un diodo está conectado en un circuito, con su anode to the negative terminal y cathode to the positive terminal del suministro, entonces se dice que dicha conexión es Reverse biased condición.
Este tipo de conexión hace que el circuito tenga una polarización cada vez más inversa y ayuda a minimizar y prevenir la conducción. Un diodo no puede conducir en condición de polarización inversa.
Con la información anterior, ahora tenemos una buena idea de qué es una unión PN. Con este conocimiento, sigamos adelante y aprendamos sobre los transistores en el próximo capítulo.