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- Id
Semiconductor switch, conmutador semiconductor
Semiconductor, semiconductor. (Electrónica - Electronics ) Generalmente, cualquier material con una conductividad eléctrica comprendida entre la de los aislantes y la de los conductores, sustancia en estado sólido que cambia de no conductora a conductora, cuando se carga con electricidad o luz. El dispositivo semiconductor común es el transistor de silicio, que actúa simplemente como un conmutador de encendido/apagado. Las propiedades eléctricas de los semiconductores, como son los monocristales de silicio, germanio y arseniuro de galio, son extremadamente sensibles a la temperatura y a la presencia y tipo de diminutas impurezas, por lo que al controlar la concentración y tipo de impurezas ( dopantes ), como por ejemplo, el fósforo y el boro en el silicio, se puede controlar la conductividad térmica .
Un material cristalino cuya conductividad se incrementa con la adición de ciertas impurezas, aumentando con la temperatura dentro de un margen determinado, se indica la figura siguiente.

Fig. Características resistencia -temperatura para un conductor metálico y un semiconductor

Los materiales semiconductores normalmente utilizados en la fabricación de diodos de unión y transistores, son el germanio y el silicio, si bien otros, como el arseniuro de galio, se utilizan en diodos emisores de luz. El término también se emplea para designar los dispositivos fabricados con semiconductores, tales como diodos y transistores. Esta propiedad es utilizada en los dispositivos semiconductores ( de estado sólido ) de manera amplia en circuitos electrónicos miniaturizados. Son muy compactos, muy eficiente y relativamente poco costosos, consumen poca energía y para su operación no requieren de ningún período de calentamiento. Términos relacionados son : semiconductor extrínseco, semiconductor intrínseco, semiconductor tipo-n y semiconductor tipo-p ; acceptor semiconductor , semiconductor aceptante; donor semiconductor , semiconductor donante; extrinsic semiconductor, semiconductor extrínseco; impurity-type semiconductor , semiconductor de impurezas; intrinsic semiconductor, semiconductor intrínseco; type n semiconductor, semiconductor tipo n; type-p semiconductor , semiconductor tipo P. 

Semiconductors. The electrical properties of semiconductors such as single-crystal silicon germanium and gallium arsenide are extremely sensitive to temperature and to the presence and type of minute impurities. Thus by controlling the concentration and type of impurities (dopants) such as phosphorus and boron in silicon electrical conductivity can be controlled .
This property is utilized in the semiconductor (solid-state) devices used extensively in miniaturized electronic circuitry. They are very compact very efficient and relatively inexpensive they consume little power and they require no warmup time for operation.

Semiconductores. Las propiedades eléctricas de los semiconductores, como son los monocristales de silicio, germanio y arseniuro de galio, son extremadamente sensibles a la temperatura y a la presencia y tipo de diminutas impurezas, por lo que al controlar la concentración y tipo de impurezas (dopantes), como por ejemplo, el fósforo y el boro en el silicio, se puede controlar la conductividad eléctrica .

Esta propiedad es utilizada en los dispositivos semiconductores (de estado sólido) de manera amplia en circuitos electrónicos miniaturizados. Son muy compactos, muy eficientes y relativamente poco costosos; consumen muy poca energía; y para su operación no requieren de ningún periodo de calentamiento.

Materiales semiconductores

A diferencia de otros dispositivos electrónicos, que dependen para su funcionamiento del flujo de cargas eléctricas a través del vacío o de gas, los dispositivos de semiconductores aprovechan la circulación de corriente en un sólido. En términos generales, todos los materiales existentes se pueden clasificar en tres categorías principales: conductores, semiconductores y aisladores, de acuerdo con su capacidad para conducir corriente eléctrica . Como su nombre lo indica, un material semiconductor posee conductividad inferior a la de un conductor pero superior a la de un aislador.

Los materiales que se usan más comúnmente en los dispositivos de semiconductores son el germanio y el silicio; el primero tiene conductividad eléctrica mayor (menor resistencia al flujo de corriente) que el silicio y se lo emplea en dispositivos diseñados para aplicaciones que requieran poca caída de tensión a elevadas corrientes y en algunos transistores para señales (débiles. El silicio resulta más adecuado que el germanio para dispositivos de alta potencia, debido a que tolera temperaturas mucho más elevadas. En general, se prefiere el silicio al germanio porque las técnicas de procesamiento suministran dispositivos más baratos. Por consiguiente, hoy en día el silicio tiende a desplazar al germanio en todas sus aplicaciones, incluyendo el área de señales débiles, salvo que sea necesario tener una caída de tensión muy pequeña .

Los materiales semiconductores, preparados en condiciones especiales, exhiben estructura cristalina . En este tipo de estructura, denominada reticulado, los electrones exteriores o de valencia de los átomos individuales están fuertemente vinculados a los electrones de los átomos adyacentes por ligaduras entre pares de electrones, como se muestra en la figura siguiente:

Figura : Estructura reticulada de un cristal.

Debido a que esas estructuras no poseen electrones libres, los materiales referidos son malos conductores en condiciones normales. Para separar las ligaduras entre pares de electrones y producir electrones libres que permitan la conducción eléctrica, sería necesario aplicar altas temperaturas o fuertes campos eléctricos.

Otra forma de alterar la estructura reticulada a efectos de liberar electrones, consiste en agregar pequeñas cantidades de otros elementos con estructura atómica diferente. Mediante la adición de proporciones casi infinitesimales de estos elementos, llamados "impurezas", pueden modificarse y controlarse las propiedades eléctricas básicas de los materiales semiconductores puros. La relación entre impurezas y material semiconductor es por lo común extremadamente pequeña, del orden de una parte en diez millones.

Cuando se agregan al material semiconductor elementos de impureza, los átomos de este último toman el lugar de los átomos de semiconductor dentro de la estructura reticulada . Si los átomos de la impureza añadida tienen el mismo número de electrones de valencia que los del material semiconductor, ajustarán perfectamente dentro de la estructura reticulada formando la cantidad requerida de ligaduras covalentes con los átomos del semiconductor. En este caso, las propiedades eléctricas del material se conservan inalteradas.

Cuando el átomo de impureza tiene un electrón de valencia más que el de semiconductor, este electrón adicional no formará ligadura debido a que no existen electrones de valencia disponibles en sus adyacencias. El electrón excedente queda entonces muy ligeramente retenido por el átomo, (ver figura siguiente), y basta una ligera excitación para desprenderlo.

Figura : Estructura reticulada de un material tipo n.

Consecuentemente, la presencia de tales electrones excedentes hace más conductor el material, es decir, su resistencia al flujo de corriente queda reducida .

Entre los elementos de impureza que se agregan a los cristales de germanio y silicio para producir electrones libres se incluyen el arsénico y el antimonio. Cuando se introducen tales elementos, el material resultante recibe el nombre de tipo n en virtud de que los electrones libres en exceso poseen carga negativa . (Pero, nótese que la carga negativa de los electrones queda balanceada por una carga positiva equivalente en el centro de los átomos de impureza . Por lo tanto, la carga eléctrica neta del material semiconductor no se modifica .)

Un efecto diferente se presenta cuando en la estructura reticulada se reemplaza un átomo de semiconductor por uno de cierta impureza que posea un electrón de valencia menos que aquél. Si bien todos los electrones de valencia del átomo de impureza forman ligaduras con los electrones de los átomos vecinos del semiconductor, uno de los vínculos de la estructura reticulada no puede completarse debido a que el átomo de impureza carece del electrón de valencia final. Como consecuencia, aparece en el reticulado un vacío o "laguna", ver figura siguiente.

Figura : Estructura reticulada de un material tipo p.

Es posible entonces, que un electrón de una ligadura adyacente pueda absorber suficiente energía para romper su vínculo y moviéndose a través del reticulado, llenar la referida "laguna"; como en el caso de los electrones excedentes, la presencia de lagunas favorece el flujo de electrones en el material semiconductor; consecuentemente, la conductividad aumenta y la resistividad disminuye.  

Se considera que la vacante o laguna en la estructura cristalina posee carga eléctrica positiva, debido a que representa la ausencia de un electrón (pero, como antes, la carga neta del cristal no se modifica). El material semiconductor que contiene estas "lagunas" o cargas positivas se denomina tipo p y se forma con el agregado de aluminio, galio o indio. Aunque los materiales tipo n y tipo p son muy semejantes en lo que respecta a su composición química, las diferencias en las características eléctricas de ambos son sustanciales y de fundamental importancia para el funcionamiento de los dispositivos a que dan lugar.

Junturas p-n

Cuando se juntan entre sí un material tipo n y uno tipo p, ver figura, se presenta un fenómeno singular, pero muy importante, en la superficie común a ambos (llamada juntura p-n). En esta juntura tiene lugar una interacción entre ambos materiales como consecuencia de las lagunas presentes en uno de ellos y de los electrones excedentes del otro.  

Cuando se forma una juntura p-n. algunos de los elementos libres del material tipo n se difunden a través de la misma y llenan las lagunas de la estructura reticulada en el material tipo p; en forma similar, algunas de las lagunas del material tipo p se difunden a través de la juntura y sé recombinan con electrones libres de la estructura reticular del material tipo n. Esta interacción o difusión se neutraliza en una pequeña región de carga espacial (denominada a veces región de transición o capa de agotamiento). El material tipo p adquiere en esta región una ligera carga negativa, como consecuencia de la incorporación de los electrones procedentes del material tipo n. Del mismo modo, el material tipo n recibe en la zona de juntura una pequeña carga positiva motivada por la pérdida de sus electrones excedentes. 

La energía térmica provoca la difusión de los portadores de cargas (electrones y lagunas) de un lado de la juntura p-n al otro; este flujo de portadores de cargas recibe la denominación de corriente de difusión. Como resultado del proceso de difusión, se crea un gradiente de potencial en la región de carga espacial. Este gradiente puede representarse (ver figura) por una batería imaginaria conectada sobre la juntura p-n. (El símbolo de batería se emplea solamente para representar efectos internos; el potencial en sí no puede medirse.)

Figura : gradiente de potencial a través de la región de carga espacial. 

El gradiente de potencial provoca un flujo de portadores de cargas, que recibe el nombre de corriente de desplazamiento, en sentido contrario al de la corriente de difusión. En condiciones de equilibrio, la corriente de difusión queda balanceada exactamente por la corriente de desplazamiento y por lo tanto la corriente neta que fluye a través de la juntura p-n es nula . En otras palabras, cuando no se aplica corriente o tensión externas a la juntura p-n, el gradiente de potencial forma una barrera de energía que impide la difusión de otros portadores de cargas a través de la juntura . En realidad, los electrones del material tipo n que tratan de difundirse a través de la juntura son repelidos por la débil carga negativa inducida en el material tipo p por el gradiente de potencial, y las lagunas de material tipo p son repelidas por la débil carga positiva inducida en el tipo n por el mismo motivo. Por lo tanto, el gradiente de potencial (o barrera de energía, como se lo denomina a veces) evita la interacción total entre los dos tipos de materiales, preservando así las diferencias en sus características.

Flujo de corriente

Cuando se conecta una batería externa a través de la juntura p-n, la magnitud de la corriente queda determinada por la polaridad de la tensión aplicada y su efecto sobre la región de carga espacial. En la figura (a) siguiente el terminal positivo de batería se ha conectado al material tipo n y el negativo al tipo p; con esta disposición los electrones libres del material tipo n son atraídos hacia el terminal positivo de la batería, alejándose de la juntura . Simultáneamente, las lagunas del material tipo p son atraídas por el terminal negativo de la batería y se alejan de la juntura . Como consecuencia, la región de carga espacial en la juntura se torna, en efecto, más ancha y el gradiente de potencial aumenta hasta aproximarse a la tensión de la batería externa . El flujo de corriente es entonces extremadamente pequeño en virtud de que no existe diferencia de potencial (campo eléctrico) ni en la región p ni en la n. En estas condiciones se dice que la juntura p-n está inversamente polarizada .

Figura: Flujo de la corriente electrónica en las junturas p-n polarizadas. 

En (b) de la figura, el terminal positivo de la batería se ha conectado al material tipo p y el negativo al material tipo n. En estas circunstancias, los electrones del material tipo p próximos al terminal positivo rompen sus ligaduras y penetran en la batería originando nuevas lagunas. Simultáneamente, los electrones del terminal negativo de la batería penetran en el material n y se difunden hacia la juntura . Como resultado de esto, la región de carga espacial se hace efectivamente más estrecha y la barrera de energía se reduce a valor insignificante; los electrones excedentes del material tipo n pueden entonces penetrar la región de carga espacial, fluir a través de la juntura y moverse por vía de las lagunas del material tipo p dirigiéndose hacia el terminal positivo de la batería . Esta circulación de electrones continúa en tanto se mantenga aplicada la tensión externa . En estas condiciones se dice que la juntura está directamente polarizada .

La figura a continuación, ilustra para una juntura p-n la característica tensión-corriente generalizada, tanto en la zona de polarización directa como en la de polarización inversa .

Figura : Característica tensión corriente de una juntura p-n. 

En la primera, la corriente se eleva rápidamente a medida que la tensión aumenta y es bastante elevada; en la zona de polarización inversa, la corriente es usualmente mucho menor. La tensión (polarización) excesiva en cualquiera de las dos direcciones debe ser evitada en las aplicaciones habituales, debido a que las corrientes excesivas y las altas temperaturas resultantes pueden averiar permanentemente el dispositivo semiconductor. 

 

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Semicontinuous, semicontinuo
Semicristalline solar cell, célula solar semicristalina .
Semicrystalline, semicristalino
Semicubical, semicúbico
Semicylindrical, semicilíndrico, a medio cañón
Semidiameter, semidiámetro
Semidiesel engine. ( Mechanical Engineering ) 1. An internal combustion engine of a type resembling the diesel engine in using heavy oil as fuel but employing a lower compression pressure and spraying it under pressure, against a hot (uncooled) surface or spot, or igniting it by the precombustion or supercompression of a portion of the charge in a separate member or uncooled portion of the combustion chamber. 2. A true diesel engine that uses a means other than compressed air for fuel injection. Motor semidiesel , ( Ingeniería mecánica ) 1. Un motor de combustión interna de un tipo análogo al motor diesel en cuanto utiliza aceite pesado como combustible, pero que emplea una baja presión de compresión y que inyecta el combustible a presión contra una superficie o punto caliente (no refrigerado), o lo quema mediante una precombustión o sobrecompresión de una parte de la carga en una parte separada o zona no refrigerada de la cámara de combustión. 2. Un verdadero motor diesel que utiliza otro medio que no sea el aire comprimido para la inyección del combustible.
Semiduplex operation, funcionamiento semiduplex
Semielliptical spring, ballesta de arco o de media pinza, elástico semielíptico, (en Argentina ) semiballesta, (en Argentina) semielástico
Semielliptical, semielíptico
Semienclosed impeller (pump), impulsor semiencerrado
Semienclosed motor, motor semiencerrado
Semienclosed rotor or runner, rodete o rotor semicerrado.
Semifinished products, productos semielaborados
Semifinished , semiacabado, semielaborado
Semifireproof construction, construcción semincombustible
Semifixed beam, viga semiempotrada
Semifloating axle. ( Mechanical Engineering ) A supporting member in motor vehicles which carries torque and wheel loads at its outer end . Eje semiportante , ( Ingeniería Mecánica ) Elemento de apoyo en los vehículos a motor que soporta el momento de torsión y las cargas de las ruedas en su extremo.
Semifluid, semiflúido
Semiflush joint (piping), acoplamiento semirrás
Semiflush light (airport), ( Aeronautical Terminology - Terminología Aeronáutica ) luz semirrasante
Semigelatin dynamite, dinamita semigelatina

 

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