SEMICONDUCTORES Y SEMICONDUCTORES Y CIRCUITOS INTEGRADOSCIRCUITOS INTEGRADOS

MANUEL GUSTAVO SIERRA MANUEL GUSTAVO SIERRA

JIMY ALEXANDER ROMEROJIMY ALEXANDER ROMERO

¿QUÉ ES UN ¿QUÉ ES UN SEMICONDUCTOR?SEMICONDUCTOR?

Elemento que se comporta como Elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo conductor o como aislante dependiendo de las condiciones en las que se de las condiciones en las que se encuentre.encuentre.

El numero de electrones libres de un El numero de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes semiconductor depende de los siguientes factores: Calor, luz, campos eléctricos y factores: Calor, luz, campos eléctricos y magneticos.magneticos.

TIPOS DE SEMICONDUCTORESTIPOS DE SEMICONDUCTORES

Elemento Grupo Electrones en

la última capa

Cd II A 2 e-

Al, Ga, B, In III A 3 e-

Si, Ge IV A 4 e-

P, As, Sb V A 5 e-

Se, Te, (S) VI A 6 e-

ESTRUCTURA DE UN ESTRUCTURA DE UN SEMICONDUCTORSEMICONDUCTOR

Los semiconductores son elementos quew Los semiconductores son elementos quew tienen en su ultimo orbital entre 2 y 6 tienen en su ultimo orbital entre 2 y 6 electrones de valencia.electrones de valencia.

Los semiconductores están formados por Los semiconductores están formados por arreglos ordenados cristalinos de átomos arreglos ordenados cristalinos de átomos en los cuales los vecinos mas cercanos en los cuales los vecinos mas cercanos estan unidos por enlaces covalentesestan unidos por enlaces covalentes

ESTRUCTURA DE UN ESTRUCTURA DE UN SEMICONDUCTORSEMICONDUCTOR

BANDAS DE ENERGIABANDAS DE ENERGIA

Son los niveles de un átomo los cuales pueden Son los niveles de un átomo los cuales pueden estar influenciados por energía externa o estar influenciados por energía externa o energía interna, en el átomo con estructura energía interna, en el átomo con estructura cristalina ordenada están: la banda de cristalina ordenada están: la banda de conducción, la banda de valenciaconducción, la banda de valencia

BANDAS DE ENERGIABANDAS DE ENERGIA

Banda de conducción

Banda de valencia

Banda de energía inferior

SOLIDO CRISTALINO

METAL CONDUCTOR

SEMICONDUCTOR

BANDAS DE ENERGIA DE UN BANDAS DE ENERGIA DE UN SEMICONDUTORSEMICONDUTOR

A simple vista seria imposible que un A simple vista seria imposible que un semiconductor permitiera el movimiento semiconductor permitiera el movimiento de electrones a través de sus bandas de de electrones a través de sus bandas de energía.energía.

Sin embargo esta situación solo se Sin embargo esta situación solo se presentaría cerca de los 0ºk (cero presentaría cerca de los 0ºk (cero absoluto)absoluto)

BANDAS DE ENERGIA DE UN BANDAS DE ENERGIA DE UN SEMICONDUTORSEMICONDUTOR

A temperaturas mas A temperaturas mas altas algunos de los altas algunos de los electrones de la electrones de la banda de valencia banda de valencia rompen sus enlaces rompen sus enlaces y saltan espontánea y saltan espontánea mente hacia la banda mente hacia la banda de conducciónde conducción

Electrones exitados térmicamente

Huecos formados por los electrones

SEMICONDUCTORES SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS E INTRINSECOSEXTRINSECOS E INTRINSECOS

INTRINSECO: Se da cuando la cantidad de INTRINSECO: Se da cuando la cantidad de huecos que quedan en la banda de valencia es huecos que quedan en la banda de valencia es la misma cantidad de electrones que están en la la misma cantidad de electrones que están en la banda de conducción.banda de conducción.

EXTRINSECOS: Si a un semiconductor EXTRINSECOS: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, le añadimos un intrínseco, como el anterior, le añadimos un pequeño porcentaje de pequeño porcentaje de impurezasimpurezas, es decir, , es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dice que está dopadodopado. Evidentemente, las . Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina de silicio. cristalina de silicio.

SEMICONDUCTORES SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS E INTRINSECOSEXTRINSECOS E INTRINSECOS

Extrínsecos tipo n: Es el que se ha dopado con elementos Extrínsecos tipo n: Es el que se ha dopado con elementos pentavalentes (As, P o Sb). pentavalentes (As, P o Sb).

Al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará Al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará que al formarse, como antes, la estructura cristalina, el quinto que al formarse, como antes, la estructura cristalina, el quinto electrón no estará ligado en ningún enlace covalente, electrón no estará ligado en ningún enlace covalente, encontrándose, aún sin estar libre, en un nivel energético superior a encontrándose, aún sin estar libre, en un nivel energético superior a los cuatro restantes. los cuatro restantes.

ATOMOS DONORES Y ATOMOS DONORES Y ACEPTORESACEPTORES

Existen impurezas como el boro y el galio, estas tienen un electrón Existen impurezas como el boro y el galio, estas tienen un electrón menos que los semiconductores llamadas menos que los semiconductores llamadas aceptoresaceptores..

Al haber excitación térmica, los electrones de la banda de valencia Al haber excitación térmica, los electrones de la banda de valencia saltan y quedan atrapados.saltan y quedan atrapados.

Se forman huecos en la banda de valencia sin haber electrones en Se forman huecos en la banda de valencia sin haber electrones en la banda de conducción.la banda de conducción.

CIRCUITOS INTEGRADOS (CI)CIRCUITOS INTEGRADOS (CI)

Qué es un CI?Qué es un CI?

Es un circuito electrónico o dispositivo que Es un circuito electrónico o dispositivo que aloja e interconecta circuitos o subsistemas aloja e interconecta circuitos o subsistemas completos, está formado por Condensadores, completos, está formado por Condensadores, resistencias, transistores, diodos, etc, que resistencias, transistores, diodos, etc, que realizan funciones complejas y variadas, está realizan funciones complejas y variadas, está hecho sobre un único Chip (Placa pequeña -1 hecho sobre un único Chip (Placa pequeña -1 cmcm2-2- ) de Silicio. ) de Silicio.

Los CI son actualmente los componentes más Los CI son actualmente los componentes más importantes de la electrónica modernaimportantes de la electrónica moderna

HISTORIAHISTORIA

El primero que tuvo la idea de fabricar El primero que tuvo la idea de fabricar circuitos integrados fue JACK KILBY circuitos integrados fue JACK KILBY cuando trabajaba para la Texas cuando trabajaba para la Texas Instruments en 1958.Instruments en 1958.

En julio de 1958, escribió en su libro de En julio de 1958, escribió en su libro de notas: "La miniaturización extrema de notas: "La miniaturización extrema de varios circuitos electrónicos puede varios circuitos electrónicos puede realizarse fabricando resistencias, realizarse fabricando resistencias, condensadores, transistores y diodos condensadores, transistores y diodos sobre una misma oblea de silicio".sobre una misma oblea de silicio".

Primer Circuito Integrado Primer Circuito Integrado

MICROPROCESADORMICROPROCESADOR

La finalidad de cualquier circuito es La finalidad de cualquier circuito es controlar y manipular corrientes de controlar y manipular corrientes de electrones de una manera preestablecida electrones de una manera preestablecida

Los CI reciben, procesan y entregan Los CI reciben, procesan y entregan SEÑALES (Voltajes o corrientes)SEÑALES (Voltajes o corrientes)

Los CI pueden ser de diversos tipos según Los CI pueden ser de diversos tipos según la función para la cual han sido diseñados.la función para la cual han sido diseñados.

ESTRUCTURA GENERAL DE UN ESTRUCTURA GENERAL DE UN CICI

REGION ACTIVA: Se realizan los procesos de las REGION ACTIVA: Se realizan los procesos de las señales. señales.

CAPA DE PASIVACION: Protege las regiones CAPA DE PASIVACION: Protege las regiones activas contra los iones exterioresactivas contra los iones exteriores

REGIONES METALIZADAS: Elementos de REGIONES METALIZADAS: Elementos de comunicación eléctrica entre regiones activas. comunicación eléctrica entre regiones activas.

HILOS DE CONEXIÓN: Elementos de HILOS DE CONEXIÓN: Elementos de comunicación eléctrica con el circuito exterior.comunicación eléctrica con el circuito exterior.

ENCAPSULADO: protege todos los elementos del ENCAPSULADO: protege todos los elementos del exterior exterior

TIPOS DE CITIPOS DE CI

Según: Según: Función específicaFunción específicaGrado de complejidad o numero de Grado de complejidad o numero de

componentes realizadas por el chip componentes realizadas por el chip Tipo de señales que manejanTipo de señales que manejanTecnología de fabricación Tecnología de fabricación

TIPOS DE CITIPOS DE CINOMBRE NOMBRE CODCOD COMPONENTESCOMPONENTES

POR CHIPPOR CHIPEJEMPLOEJEMPLO

PEQUEÑA PEQUEÑA ESCALAESCALA

SSISSI MENOS DE 100MENOS DE 100 Reguladores, Reguladores, amplificadores, amplificadores,

compuertas, compuertas, flipflops (entrada-flipflops (entrada-

salida), salida), contadores, etc. contadores, etc.

MEDIANA MEDIANA ESCALAESCALA

MSIMSI 100 – 1000100 – 1000

ALTA ALTA ESCALAESCALA

LSILSI 1000 – 1000001000 – 100000 Se diseñan para Se diseñan para realizar tareas realizar tareas

muy especificas muy especificas y especializadas. y especializadas.

P,ej. P,ej. Microcomputador, Microcomputador, microcontrolador microcontrolador

MUY ALTA MUY ALTA ESCALAESCALA

VLSIVLSI MAS DE 100000MAS DE 100000

De acuerdo al tipo de señales que manejan De acuerdo al tipo de señales que manejan los CI pueden ser:los CI pueden ser:

Análogos: Pueden adoptar un número Análogos: Pueden adoptar un número infinito de valores entre un mínimo y un infinito de valores entre un mínimo y un máximo (Reguladores de voltaje, máximo (Reguladores de voltaje, amplificadores, filtros)amplificadores, filtros)

Digitales: Trabajan con señales binarias, Digitales: Trabajan con señales binarias, es decir solo adoptan uno de dos valores es decir solo adoptan uno de dos valores posibles. posibles.

Algunos son Análogos/Digitales (A/D)Algunos son Análogos/Digitales (A/D)

Los CI, se encierran en una cápsula Los CI, se encierran en una cápsula plástica o cerámica que contiene los pines plástica o cerámica que contiene los pines de acceso a través de los cuales el chip de acceso a través de los cuales el chip se comunica con el mundo exterior. se comunica con el mundo exterior.

Las cápsula plásticas son más livianas Las cápsula plásticas son más livianas pero las cápsulas cerámicas son más pero las cápsulas cerámicas son más resistentes y pueden trabajar a más altas resistentes y pueden trabajar a más altas temperaturas. temperaturas.

Ventajas de CIVentajas de CI

PequeñosPequeñosCompactosCompactosLivianosLivianosEconómicos Económicos Fácil usoFácil usoPermite realizar sistemas modularesPermite realizar sistemas modularesSimplifican la tarea de diseño y Simplifican la tarea de diseño y

construcción de proyectos electrónicosconstrucción de proyectos electrónicos

Desventajas de CI Desventajas de CI

Limitación de niveles de potencia y voltaje Limitación de niveles de potencia y voltaje No es posible integrar Bobinas ni No es posible integrar Bobinas ni

transformadores transformadores Como aun esta en desarrollo se necesitan Como aun esta en desarrollo se necesitan

circuitos especiales auxiliares. circuitos especiales auxiliares. Disipación térmica Disipación térmica