SEMICONDUCTORES Y CIRCUITOS INTEGRADOS MANUEL GUSTAVO SIERRA JIMY ALEXANDER ROMERO

¿QUÉ ES UN SEMICONDUCTOR? Elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de las condiciones en las que se encuentre. El numero de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes factores: Calor, luz, campos eléctricos y magneticos.

TIPOS 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 SEMICONDUCTOR Los semiconductores son elementos quew tienen en su ultimo orbital entre 2 y 6 electrones de valencia. Los semiconductores están formados por arreglos ordenados cristalinos de átomos en los cuales los vecinos mas cercanos estan unidos por enlaces covalentes

ESTRUCTURA DE UN SEMICONDUCTOR

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

BANDAS DE ENERGIA Banda de conducción Banda de valencia Banda de energía inferior SOLIDO CRISTALINO METAL CONDUCTOR SEMICONDUCTOR

BANDAS DE ENERGIA DE UN SEMICONDUTOR A simple vista seria imposible que un semiconductor permitiera el movimiento de electrones a través de sus bandas de energía. Sin embargo esta situación solo se presentaría cerca de los 0ºk (cero absoluto)

BANDAS DE ENERGIA DE UN SEMICONDUTOR Electrones exitados térmicamente A temperaturas mas altas algunos de los electrones de la banda de valencia rompen sus enlaces y saltan espontánea mente hacia la banda de conducción Huecos formados por los electrones

SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS E INTRINSECOS INTRINSECO: Se da cuando la cantidad de huecos que quedan en la banda de valencia es la misma cantidad de electrones que están en la banda de conducción. EXTRINSECOS: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, le añadimos un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina de silicio.

SEMICONDUCTORES EXTRINSECOS E INTRINSECOS Extrínsecos tipo n: Es el que se ha dopado con elementos pentavalentes (As, P o Sb). Al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará que al formarse, como antes, la estructura cristalina, el quinto electrón no estará ligado en ningún enlace covalente, encontrándose, aún sin estar libre, en un nivel energético superior a los cuatro restantes.

ATOMOS DONORES Y ACEPTORES Existen impurezas como el boro y el galio, estas tienen un electrón menos que los semiconductores llamadas aceptores. Al haber excitación térmica, los electrones de la banda de valencia saltan y quedan atrapados. Se forman huecos en la banda de valencia sin haber electrones en la banda de conducción.

CIRCUITOS INTEGRADOS (CI)

Qué es un CI? Es un circuito electrónico o dispositivo que aloja e interconecta circuitos o subsistemas completos, está formado por Condensadores, resistencias, transistores, diodos, etc, que realizan funciones complejas y variadas, está hecho sobre un único Chip (Placa pequeña -1 cm2- ) de Silicio. Los CI son actualmente los componentes más importantes de la electrónica moderna

HISTORIA El primero que tuvo la idea de fabricar circuitos integrados fue JACK KILBY cuando trabajaba para la Texas Instruments en 1958. En julio de 1958, escribió en su libro de notas: "La miniaturización extrema de varios circuitos electrónicos puede realizarse fabricando resistencias, condensadores, transistores y diodos sobre una misma oblea de silicio".

Primer Circuito Integrado

MICROPROCESADOR

La finalidad de cualquier circuito es controlar y manipular corrientes de electrones de una manera preestablecida Los CI reciben, procesan y entregan SEÑALES (Voltajes o corrientes) Los CI pueden ser de diversos tipos según la función para la cual han sido diseñados.

ESTRUCTURA GENERAL DE UN CI REGION ACTIVA: Se realizan los procesos de las señales. CAPA DE PASIVACION: Protege las regiones activas contra los iones exteriores REGIONES METALIZADAS: Elementos de comunicación eléctrica entre regiones activas. HILOS DE CONEXIÓN: Elementos de comunicación eléctrica con el circuito exterior. ENCAPSULADO: protege todos los elementos del exterior

TIPOS DE CI Según: Función específica Grado de complejidad o numero de componentes realizadas por el chip Tipo de señales que manejan Tecnología de fabricación

TIPOS DE CI EJEMPLO NOMBRE COD PEQUEÑA ESCALA SSI MEDIANA ESCALA MSI COMPONENTES POR CHIP EJEMPLO PEQUEÑA ESCALA SSI MENOS DE 100 Reguladores, amplificadores, compuertas, flipflops (entrada-salida), contadores, etc. MEDIANA ESCALA MSI 100 – 1000 ALTA ESCALA LSI 1000 – 100000 Se diseñan para realizar tareas muy especificas y especializadas. P,ej. Microcomputador, microcontrolador MUY ALTA ESCALA VLSI MAS DE 100000

De acuerdo al tipo de señales que manejan los CI pueden ser: Análogos: Pueden adoptar un número infinito de valores entre un mínimo y un máximo (Reguladores de voltaje, amplificadores, filtros) Digitales: Trabajan con señales binarias, es decir solo adoptan uno de dos valores posibles. Algunos son Análogos/Digitales (A/D)

Los CI, se encierran en una cápsula plástica o cerámica que contiene los pines de acceso a través de los cuales el chip se comunica con el mundo exterior. Las cápsula plásticas son más livianas pero las cápsulas cerámicas son más resistentes y pueden trabajar a más altas temperaturas.

Ventajas de CI Pequeños Compactos Livianos Económicos Fácil uso Permite realizar sistemas modulares Simplifican la tarea de diseño y construcción de proyectos electrónicos

Desventajas de CI Limitación de niveles de potencia y voltaje No es posible integrar Bobinas ni transformadores Como aun esta en desarrollo se necesitan circuitos especiales auxiliares. Disipación térmica