El dispositivo Semiconductor está hecho de un material que no es ni un buen conductor ni un buen aislante, se llama semiconductor. Estos dispositivos han establecido amplias aplicaciones debido a su confiabilidad, compacidad y bajo costo. Estos son componentes discretos que se utilizan en dispositivos de potencia, sensores ópticos de compacidad y emisores de luz, incluidos los láseres de estado sólido. Tienen una amplia gama de capacidades de manejo de corriente y voltaje, con clasificaciones de corriente de más de 5,000 amperios y clasificaciones de voltaje de más de 100,000 voltios. Más importante, dispositivos semiconductores se prestan a la integración en circuitos microelectrónicos complejos pero de fácil construcción. Están teniendo un futuro probable, los elementos clave de la mayoría de los sistemas electrónicos, incluidas las comunicaciones con equipos de procesamiento de datos, de consumo y de control industrial.
¿Qué son los dispositivos semiconductores?
Los dispositivos semiconductores no son más que componentes electrónicos que explotan las propiedades electrónicas de los materiales semiconductores, como el silicio, el germanio y el arseniuro de galio, así como los semiconductores orgánicos. Los dispositivos semiconductores han reemplazado a los tubos de vacío en muchas aplicaciones. Utilizan conducción electrónica en estado sólido en contraposición a la emisión termoiónica en alto vacío. Los dispositivos semiconductores se fabrican tanto para dispositivos discretos como para circuitos integrados , que constan de unos pocos a miles de millones de dispositivos fabricados e interconectados en un solo sustrato semiconductor u oblea.
Dispositivos semiconductores
Los materiales semiconductores son útiles por su comportamiento que se puede manipular fácilmente mediante la adición de impurezas, lo que se conoce como dopaje. La conductividad del semiconductor puede controlarse mediante el campo eléctrico o magnético, mediante la exposición a la luz o al calor, o mediante la deformación mecánica de una rejilla monocristalina dopada, por lo que los semiconductores pueden ser excelentes sensores. La conducción de corriente en un semiconductor ocurre libre de electrones y huecos, conocidos colectivamente como portadores de carga. El dopaje de silicio se realiza agregando una pequeña cantidad de átomos de impureza y también para fósforo o boro, aumenta significativamente el número de electrones o huecos dentro del semiconductor.
Cuando un semiconductor dopado contiene un exceso de huecos se denomina semiconductor de 'tipo p' (positivo para huecos), y cuando contiene algún exceso de electrones libres, se lo conoce como semiconductor de 'tipo n' (negativo para electrones), es el signo de carga de la mayoría de los operadores de carga móvil. Las uniones que se formaron donde los semiconductores de tipo ny de tipo p se unen se denominan unión p – n.
Diodo
Un semiconductor el diodo es un dispositivo típicamente formado por una única unión p-n. La unión de un semiconductor de tipo py de tipo n forma una región de agotamiento donde la conducción de corriente está reservada por la falta de portadores de carga móviles. Cuando el dispositivo está polarizado hacia adelante, esta región de agotamiento se reduce, lo que permite una conducción significativa, cuando el diodo está polarizado hacia atrás, sólo se puede lograr menos corriente y se puede extender la región de agotamiento. La exposición de un semiconductor a la luz puede producir pares de huecos de electrones, lo que aumenta el número de portadores libres y, por tanto, la conductividad. Los diodos optimizados para aprovechar este fenómeno se conocen como fotodiodos. También se están utilizando diodos semiconductores compuestos para generar luz, diodos emisores de luz y diodos láser.
Diodo
Transistor
Transistores de unión bipolar están formados por dos uniones p-n, en configuración p-n-p o n-p-n. En el medio o en la base, la región entre las uniones suele ser muy estrecha. Las otras regiones, y sus terminales relacionadas, se conocen como emisor y colector. Una pequeña corriente inyectada a través de la unión entre la base y el emisor cambia las propiedades de la unión del colector de la base para que pueda conducir la corriente aunque tenga polarización inversa. Esto crea una corriente más grande entre el colector y el emisor, y está controlada por la corriente base-emisor.
Transistor
Otro tipo de transistor llamado Transistor de efecto de campo , opera según el principio de que la conductividad del semiconductor puede aumentar o disminuir por la presencia de un campo eléctrico. Un campo eléctrico puede aumentar la cantidad de electrones y huecos en un semiconductor, cambiando así su conductividad. El campo eléctrico puede ser aplicado por una unión p-n con polarización inversa, y forma un transistor de efecto de campo de unión (JFET) o por un electrodo aislado del material a granel por una capa de óxido, y forma una transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET).
Ahora, el más utilizado en el día es el MOSFET, un dispositivo de estado sólido y dispositivos semiconductores. El electrodo de puerta se carga para producir un campo eléctrico que puede controlar la conductividad de un 'canal' entre dos terminales, se llama fuente y drenaje. Dependiendo del tipo de portadora en el canal, el dispositivo puede ser MOSFET de canal n (para electrones) o canal p (para huecos).
Materiales de dispositivos semiconductores
El silicio (Si) es el material más utilizado en dispositivos semiconductores. Tiene un costo de materia prima más bajo y un proceso relativamente simple. Su rango de temperatura útil lo convierte actualmente en el mejor compromiso entre los diversos materiales competidores. El silicio utilizado en la fabricación de dispositivos semiconductores se fabrica actualmente en recipientes que tienen un diámetro lo suficientemente grande como para permitir la fabricación de obleas de 300 mm (12 pulgadas).
El germanio (Ge) era un material muy utilizado en los primeros semiconductores, pero su sensibilidad térmica lo hace menos útil que el silicio. Hoy en día, el germanio a menudo se alea con silicio (Si) para su uso en dispositivos SiGe de muy alta velocidad. IBM es uno de los principales productores de dichos dispositivos.
El arseniuro de galio (GaAs) también se usa ampliamente con dispositivos de alta velocidad, pero hasta ahora, ha sido difícil formar cuencos de gran diámetro con este material, lo que limita los tamaños de diámetro de las obleas significativamente más pequeños que las obleas de silicio, lo que hace que la producción en masa de arseniuro de galio (GaAs) dispositivos significativamente más caros que el silicio.
Lista de dispositivos semiconductores comunes
La lista de dispositivos semiconductores comunes incluye principalmente dos terminales, tres terminales y cuatro dispositivos terminales.
Dispositivos semiconductores comunes
Los dispositivos de dos terminales son
- Diodo (diodo rectificador)
- Diodo Gunn
- Diodos de impacto
- Diodo láser
- diodo Zener
- Diodo Schottky
- Diodo PIN
- Diodo de túnel
- Diodo emisor de luz (LED)
- Transistor de foto
- Célula fotoeléctrica
- Célula solar
- Diodo de supresión de voltaje transitorio
- VCSEL
Los dispositivos de tres terminales son
- Transistor bipolar
- Transistor de efecto de campo
- Transistor Darlington
- Transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)
- Transistor de unión
- Rectificador controlado por silicio
- Tiristor
- TRIAC
Los dispositivos de cuatro terminales son
- Acoplador de fotos (optoacoplador)
- Sensor de efecto Hall (sensor de campo magnético)
Aplicaciones de dispositivos semiconductores
Todos los tipos de transistor se pueden utilizar como bloques de construcción de puertas lógicas , que es útil para el diseño de circuitos digitales. En circuitos digitales como microprocesadores, transistores que actúan como un interruptor (encendido-apagado) en el MOSFET, por ejemplo, el voltaje aplicado a la puerta determina si el interruptor está encendido o apagado.
Los transistores se utilizan para circuitos analógicos que no actúan como interruptores (encendido-apagado) relativamente, responden a un rango continuo de entrada con un rango continuo de salida. Los circuitos analógicos comunes incluyen osciladores y amplificadores. Los circuitos que se interconectan o se traducen entre circuitos analógicos y circuitos digitales se conocen como circuitos de señal mixta.
Ventajas de los dispositivos semiconductores
- Como los dispositivos semiconductores no tienen filamentos, no se necesita energía para calentarlos y provocar la emisión de electrones.
- Dado que no se requiere calentamiento, los dispositivos semiconductores se ponen en funcionamiento tan pronto como se enciende el circuito.
- Durante el funcionamiento, los dispositivos semiconductores no producen ningún zumbido.
- Los dispositivos semiconductores requieren un funcionamiento de bajo voltaje en comparación con los tubos de vacío.
- Debido a sus pequeños tamaños, los circuitos que involucran dispositivos semiconductores son muy compactos.
- Los dispositivos semiconductores son a prueba de golpes.
- Los dispositivos semiconductores son más baratos en comparación con los tubos de vacío.
- Los dispositivos semiconductores tienen una vida casi ilimitada.
- Como no es necesario crear vacío en los dispositivos semiconductores, no tienen problemas de deterioro por vacío.
Desventajas de los dispositivos semiconductores
- El nivel de ruido es más alto en los dispositivos semiconductores que en los tubos de vacío.
- Los dispositivos semiconductores ordinarios no pueden manejar tanta potencia como los tubos de vacío ordinarios.
- En el rango de alta frecuencia, tienen una respuesta pobre.
Por lo tanto, se trata de diferentes tipos de dispositivos semiconductores que incluyen dos terminales, tres terminales y cuatro dispositivos terminales. Esperamos que comprenda mejor este concepto. Además, cualquier duda sobre este concepto o proyectos eléctricos y electrónicos, por favor dé su opinión comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son las aplicaciones de los dispositivos semiconductores?
Créditos fotográficos:
- Diodo me pregunto cómo
- Materiales de dispositivos semiconductores Wonderwhizkids
- Tipos de dispositivos semiconductores wikimedia
