INSTITUTO TECNOLOGICO DEMORELIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA

Tarea I Diodos y Transistores

Juan Jesus Roman Concha

N. de Control: 11121319

8 de septiembre de 2015

Maestro:Ing. Miguel Angel Mendoza Mendoza

Enlace Covalente y Materiales Intrnsecos

1. Bosqueje la estructura atomica del cobre y explique por que es un buenconductor y en que forma su estructura es diferente de la del germanio,el silicio y el arseniuro de galio.

Solucion

En la Figura 1 se muestra la estructura atomica del cobre.

Figura 1: Estructura atomica del cobre.

El cobre es el elemento numero 29 de la tabla periodica y como sepuede apreciar en la Figura 1 posee 29 electrones; su estructura esdiferente con respecto al germanio y al silicio los cuales poseen 4 elec-trones en su capa de valencia en que el cobre solo posee 1 electronen la misma capa ademas de que posee una capa mas que el siliciohaciendo que las fuerzas de atraccion de su nucleo sean mas debiles ypor lo tanto sea mas facil para el ceder su electron contribuyendo ala creacion de una corriente electrica; respecto al arseniuro de galio elcual es un elemento compuesto por un enlace covalente entre el galio yel arsenico su diferencia es la misma solo que el arseniuro de galio notiene una capa de valencia como tal para todo el elemento y tambienque el cobre no es un elemento compuesto. Esto es solo la postura derealizar el analisis a un solo atomo de cobre frente a un solo atomo decada elemento con el que se le ha comparado, si se realiza el analisisdesde un modelo de bandas la diferencia de conductividad es muchomas clara aun. Comenzando por el tipo de enlace que puede realizarlos metales entre si (como es el caso del cobre) que es un tipo de enla-ce diferente al que realizan los semiconductores (enlace covalente). Alformar una red las fuerzas del nucleo de cada atomo empiezan a influiren los niveles energeticos de sus vecinos con lo que se modifican ligera-mente formando bandas energeticas, la diferencia entre los metales ysemiconductores es que en el caso de los metales las bandas de conduc-cion y de valencia estan sobre puestas lo que facilita enormemente la

excitacion de los electrones de los elementos metalicos mientras que enlos semiconductores estan separadas por una banda vaca y requierenmas enega para saltar de la banda de valencia a la de conduccion.

2. Con sus propias palabras, defina un material intrnseco, coeficiente detemperatura negativo y enlace covalente.

Solucion

Material Intrnseco: Se le conoce as a un material que ha sidorefinado y que ha obtenido un grado de pureza muy elevado, es unmaterial que no ha sido contaminado cuya estructura es cristalinay esta formada por atomos del mismo elemento.

Coeficiente de Temperatura negativo: Se le conoce as a la carac-terstica que tienen ciertos materiales de aumentar su conducti-vidad al aumentar su temperatura.

Enlace Covalente: Es un tipo de enlace entre elementos en los quese comparten electrones de valencia con atomos adyacentes.

3. Consulte su biblioteca de referencia y haga una lista de tres materialesque tengan un coeficiente de temperatura negativo y de tres que tenganun coeficiente de temperatura positivo.

Solucion

a) Materiales de Coeficiente De Temperatura Negativo

Carbon

Germanio

Silicio

b) Materiales de Coeficiente De Temperatura Positivo

Oro

Plata

Cobre

Niveles de Energa

1. Cuanta energa en joules se requiere para mover una carga de 6 C atraves de una diferencia de potencial de 3 V ?

Solucion

Se empleara la siguiente ecuacion:

W = V/Q (1)

donde

W = nivel de energa en joules.

Q = valor de carga en Coulombs.

V = Voltaje en volts.

sustituyendo los valores de voltaje y carga que nos proporcionan en elenunciado del problema en la ecuacion 1 tenemos

W = 3V/6C = 18J

Materiales Extrnsecos: materiales tipo n y tipo p

1. Describa la diferencia entre materiales semiconductores tipo n y tipop.

Solucion

La diferencia entre ambos es que el material tipo n es contaminado conimpurezas donadoras por lo que es saturado de electrones mientras queel material tipo p es contaminado con impurezas aceptoras por lo queesta saturado mayoritariamente de huecos.

2. Describa la diferencia entre impurezas de donadores y aceptores.

Solucion

Las impurezas donadoras consisten en elementos del grupo 5 de la ta-bla periodica que al formar enlace covalente 1 de sus electrones no escompartido, el cual es donado a la red.

Las impurezas aceptoras consisten en elementos del grupo 3 de la tablaperiodica que al formar enlace covalente dejan un hueco en la red.

3. Describa la diferencia entre portadores mayoritarios y minoritarios.

Solucion

Los portadores mayoritarios es el nombre que recibe un componenteque sobrepasa en concentracion al resto en un material.

Los portadores minoritarios es el nombre que recibe un componenteque se encuentra en una concentracion muy escasa en un material.

Diodo semiconductor

1. Con la ecuacion del diodo, determine la corriente en el diodo a 20 Cpara un diodo de silicio con Is = 50nA y una polarizacion en directaaplicada de 0,6V.

Solucion

Para la solucion de este problema se emplearan las siguientes 2 ecua-ciones:

ID = Is(e(VD/nVT ) 1) (2)

donde

Is = es la corriente de saturacion del diodo.

VD = es el voltaje de polarizacion en directa a traves del diodo.

n = es un factor de idealidad tomado en este caso como 1.

YVT = kT/q (3)

donde

k = es la constante de Boltzman equivalente a1,38 1023J/Kq = es la magnitud de la carga del electron1,6 1019CT = es la temperatura en grados Kelvin.

Siendo la ecuacion 2 la ecuacion del diodo y la ecuacion 3 el voltajetermico.

Con los datos que nos proporciona el enunciado se debe obtener prime-ro el voltaje termico, por lo que sustituyendo en la ecuacion 3 tenemos:

T = 20C + 273 = 293K

VT =(1,38 1023)(293)

1,6 1019 = 25,27125mV

sustituyendo este valor y el resto que nos proporciona el enunciado enla ecuacion 2 se obtiene :

ID = 50 109(e(0,6/10,02527125) 1) = 1023,67A

2. Repita el problema anterior con T = 100 C (punto de ebullicion delagua). Suponga que Is se ha incrementado a 50A.

Solucion

Se repite el mismo procedimiento que en el problema anterior por loque tenemos

T = 100C + 273 = 373K

VT =(1,38 1023)(373)

1,6 1019 = 32,17125mVy

ID = 50 106(e(0,6/10,03217125) 1) = 6289,9A3. En la region de polarizacion en inversa la corriente de saturacion de

un diodo de silicio es de alrededor de 0,1A (T = 20C). Determinesu valor aproximado si la temperatura se incrementa 40C.

Solucion

En la region de polarizacion en inversa la corriente de satu-racion en inversa de un diodo de silicio se duplica por cada10 C de aumento de la temperatura

Siguiendo este enunciado o principio y con los datos proporcionadospor el enunciado del problema podemos encontrar una solucion. Par-timos de una corriente de 0,1 A a 20 C entonces:

30C 0,1A 2 = 0,2A40C 0,2A 2 = 0,4A50C 0,4A 2 = 0,8A60C 0,8A 2 = 1,6A

4. Determine la cada de voltaje en directa a traves del diodo cuyas carac-tersticas aparecen en la Figura 2 a temperaturas de 75C,25C,125C y una corriente de 10 mA. Determine el nivel de corriente de satu-

racion para cada temperatura. Compare los valores extremos de cadauna y comente sobre la relacion de las dos.

Solucion

Para encontrar los valores que nos pide el enunciado del problema seempleara el metodo grafico y se obtendran los valores de la grafica dela Figura 2.Para los valores en polarizacion directa se dibujaron 4 lineas para poderencontrarlos, roja para 125 C, amarilla para 25 C, verde para 75C y una de color negro para delimitar el trazo al valor de corriente

que nos interesa, de estos trazos y considerando que la division paraeste cuadrante es de 0,1 V por cuadro obtenemos los siguientes valores:

V125C =0,6V

V25C =0,85V

V75C =1,10V.

Para la corriente de saturacion en inversa simplemente se procedio aextraer los valores marcados por la propia grafica en el tercer cuadranteobteniendo los siguientes valores:

I125C =1A.

I25C =1pA.

I75C =0,01pA.

Figura 2: Caractersticas del diodo semiconductor de silicio.

La relacion que existe entre los valores de voltaje en directa y losvalores de corriente en inversa tienen que ver con los distintos valoresde temperatura, cuando la temperatura es mas alta los portadoresmayoritarios en ambos materiales del semiconductor seran excitadoscon menor voltaje por lo que la caracterstica se dara aun voltaje masbajo, ahora con respecto a la corriente en inversa tendra una mayoroposicion por parte de la corriente en directa pero al mismo tiempo segenerara con la misma facilidad que la corriente en directa aunque conun valor mayor para los valores tpicos que maneja, debido a que laalta temperatura favorecera que se genere una corriente mucho mayorcon el mnimo de voltaje.Para la temperatura de 75 C requerira mayor voltaje para generarsetanto en directa como en inversa debido a que se requiere una mayorcantidad de energa para excitar a los portadores tanto mayoritarioscomo minoritarios quienes ven muy limitado su movimiento por dichacuestion, a temperatura ambiente se dara la caracterstica como laconocemos con su tpica capacidad, pero esta grafica revela que losaumentos o disminuciones de temperatura en un dispositivo como eldiodo pueden ocasionar efectos notables no deseados.