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 coeciente de temperatura ne!ati"o y Becquerel estudia las propiedades de al!unos electrolitos. #mbrose Flemin! (19$%)& en la b'squeda de un detector de seales elctricas& desarrolla el diodo de "ac*o& el primer dispositi"o electr+nico (",l"ula) conocido. -asi simult,neamente& ertel y /lstel (19$%) toman como base el efecto fotoelctrico y producen la primera clula fotoelctrica& la cual no ser, utili 0ada con nes comerciales hasta 19$& cuando da comien0o la in"esti!aci+n del cine sonoro y de la tele"isi+n. 2oco despus& Lee de Foret (19$) in"enta el triodo. /ste dispositi"o& aparte de detectar seales elctricas& es ya capa0 de amplicar seales (sur!e aadiendo un tercer electrodo a la ",l"ula). Hacia 191% se comien0a a usar el cristal de !alena como detector de seales. # principios de los aos $ se empie0an a utili0ar los recticadores de selenio y de +4ido de cobre y las ",l"ulas de radio sustituyen el detector de cristal. /ntre 19$ y 195$& por un lado se desarrolla el tetrodo y el pentodo& y de otro& los f*sicos elaboran teor*as que e4plican al!unos de los fen+menos descubiertos hasta entonces. /n 193 6chott7y publica la teor*a de los recticadores secos es la primera contribuci+n al estudio te+rico de los semiconductores. /n esta teor*a se aprecia que el empleo de la mec,nica cu,ntica se re"ela indispensable. al "e0 sea el tele"isor el in"ento m,s notable de nuestro tiempo& a :u0!ar por el impacto social que ha causado. /n 198 ;na "e0 sal"ados todos los problemas tcnicos en la e4perimentaci+n& la tele"isi+n comercial irrumpe en los ho!ares norteamericanos en 195%. Hacia 195$& 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 centimtricas). La industria electr+nica se desarrolla "erti!inosamente y sur!en tcnicas 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!nicati"a ya que forman la basa de !ran parte de los dispositi"os de estado s+lido= recticadores& transistores& fotoclulas& termistores& amplicadores operacionales& etc. ?e hecho se ha lle!ado a calicar hasta de re"oluci+n en la electr+nica a la masi"a transformaci+n que ocurri+ en la en la dcada de los aos %$ & 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 tamao 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 armar 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 elctrica intermedia& entre la de los metales y los aislantes y otras propiedades f*sicas no usuales. /stos se pueden clasicar en dos tipos= Semiconductores intrínsecos: poseen una conducti"idad elctrica f,cilmente controlable y& al combinarlos correctamente adecuadamente& pueden actuar como interruptores& amplicadores 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. ambin 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 amplicador. /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 tambin se puede obtener un diodo de uni+n pn por crecimiento de un monocristal de silicio intr*nseco y dop,ndolo primero con un material de tipo n y despus con uno p. /ste diodo pn 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. ?espus de la uni+n& los portadores de esta se difunden a tra"s de ella. ?espus 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 pn 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 pn es con"ertir corriente alterna en corriente continua& lo que se conoce como recticaci+n. #l aplicar una seal de corriente alterna a un diodo de uni+n pn& 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 recticaci+n de media onda. /sta seal se sua"i0a con otros dispositi"os y circuitos electr+nicos& para dar una corriente continua estable. Diodos de a&a)an!a ambin se les llama diodos 0ener son recticadores de 6i. /n la polari0aci+n in"ersa se produce una pequea fu!a de corriente& debido al mo"imiento de electrones y huecos trmicamente acti"ados. #l hacerse demasiado !rande la polari0aci+n in"ersa& cualquier portador que lle!ue a fu!arse se acelerara lo suciente para e4citar a portadores de car!a& causando una corriente ele"ada en direcci+n in"ersa. ?ebido a este fen+meno se pueden disear dispositi"os limitadores de "olta:e. #l dopar adecuadamente la uni+n pn& 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 npnpnp. /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 pequea 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.
