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[Visitante]

Buenos días y feliz año nuevo!

Estoy estudiando el grado en Ingeniería Informática y cursando la asignatura Fundamentos Físicos de la Informática (FFI), en donde estamos tratando tres temas relacionados con las características de los semiconductores tras haber estudiado los temas de las propiedades magnéticas i la inducción electromagnética.

Para el tema actual se presentan una serie de preguntas cortas tipo test relacionadas con los semiconductores (relacionadas con los materiales, conducción y elementos semiconductores) tales como:

1. Los átomos de los materiales semiconductores básicos (el silicio y el germanio)…
a) en la última capa tienen 2 electrones en orbitales tipo S i 2 electrones, en orbitales tipo P.
b) como el Si y el Ge tienen diferente peso atómico, el número de electrones en la última capa es también diferente.
c) si el material dopante es dador, la valencia del semiconductor pasa de cuatro a cinco al ganar un electrón.
d) si son intrínsecos no tienen electrones de valencia.

2. En un átomo...
a) los electrones tienden a acumularse en el nivel de mínima energía.
b) cuando un electrón cambia de nivel emite una onda de energía igual a la pérdida de energía cinética del electrón.
c) en un mismo orbital sólo pueden haber dos electrones de diferente espín.
d) dos electrones con los mismos números cuánticos se situarán necesariamente en orbitales diferentes.

3. En un semiconductor tipo N…
a) a temperaturas próximas a 0K (cero absoluto), su conductividad es inferior a la del mismo semiconductor intrínseco.
b) a temperatura ambiente, los átomos dopantes están ionizados positivamente.
c) los átomos dopantes denominan átomos aceptores.
d) la concentración de vacío es igual a la concentración intrínseca.

4. Un diodo de unión…
a) consiste en dos cristales de semiconductor, un tipo P y el otro tipo N, unidos por un extremo.
b) consiste en un único cristal de material semiconductor, con un parte dopada tipo P, la otra tipo N y una parte central sin ningún tipo de dopaje, denominada zona de transición.
c) resulta de la unión de dos tipos de semiconductor extrínseco con características diferentes: tipo de dopaje o tipo de dopante o diferente cantidad de dopante, etc.
d) consiste en un único cristal semiconductor con una parte dopada con átomos aceptores y la otra con átomos donadores.

5. La velocidad de generación de pares electrón hueco...
a) depende del material semiconductor y es independiente de la temperatura.
b) no sucede en conductores extrínsecos.
c) disminuye al aumentar la concentración intrínseca.
d) se puede aumentar alumbrando de manera conveniente la superficie del material.

Espero que puedan ayudarme a marcar las correctas y si puede ser con una breve explicación para que pueda entenderlo, puesto que siempre prefiero entender lo que estoy haciendo.

Gracias de antemano y muy bueno el foro

[Julián]

Re: Materiales semiconductores

Pues la mejor manera en un estudiante universitario de ing. es buscar por uno mismo las respuestas, siendo que estas están en cualquier libro de electrónica del estado sólido y yo acá no veo ninguna duda sino esperas que te de las respuestas. Sé que a un estudiante informático no le interesa tanto estos temas como base de datos y aún más siendo que los lenguajes de programación permiten abstraerse del soporte físico dejando al compilador (es decir, a los desarrolladores del compilador) la tarea.

Ahora, la pregunta nº 5 puede influir si se te pide que desarrolles un sistema para un control industrial y por más que programes de maravilla el sistema puede fallar ¿por qué? o conociendo la electrónica del estado sólido podrás entender porque está limitada la frecuencia de un procesador.

Respondelas y te digo si están bien.

[Visitante]

Re: Materiales semiconductores

Ante todo gracias por responder tan rápidamente y más por estar en las fechas en las que estamos
Lo que dices, bien cierto es; pero solo busco saber si estoy en lo cierto, si las respuestas que yo entiendo como válidas son correctas y en caso contrario, cuales son y el porqué, y las que no sé, que alguien me las explicase de manera “resumida”.

Pregunta 1: sé que tanto el germanio como el silicio son tetravalentes (es decir, tienen cuatro electrones de valencia), así que supongo que el apartado a) no sería correcto. El apartado b), me mosquea un poco, aunque sí que es cierto que tengan distinto peso atómico, según lo visto en clase esto no debería afectar en que el número de electrones de la última capa sean diferentes, pues esto viene medido por la propiedad que tienen de ser tetravalentes. Luego el apartado d) no me convence demasiado, como digo según lo visto en clase creo haber entendido que el que el semiconductor sea intrínseco o extrínseco no influye en los electrones que este pueda o no pueda tener. Así que por descarte elegiría la opción c) como la CORRECTA.

Pregunta 2: pondría como CORRECTA la c) pero no estoy muy seguro porque en el material visto en clase no se ha hablado mucho de las propiedades de los átomos, y menos con el profesor dando los últimos temas a contrarreloj, dejándose cosas muy importante por el camino y teniendo como temario de la asignatura el que tenemos

Pregunta 3: la verdad que en esta pregunta no sabría pon donde tirar. El profesor no me va a decir cuál es la buena, he buscado en los apuntes y no encuentro nada que se asemeje a una respuesta clara y buscar algo tan escueto en libros de 400 páginas tan completos como los que he consultado en la biblioteca de mi facultad resulta un tanto imposible de encontrar. Aquí me vas a disculpar pero si me saliese en el examen la dejaría en blanco.

Pregunta 4: elegiría la opción b) por ser la más completa.

Pregunta 5: esta pregunta tampoco la tengo muy clara. Sé que el apartado a) no sería puesto que los materiales semiconductores no son independientes de la temperatura, pero de entre las restantes no sé cuál es la correcta. Como te digo, tengo los exámenes finales de todas las asignaturas a la vuelta de la esquina y no puedo dedicarle a esta asignatura todo el tiempo que se merece. Si tuviese que elegir una u otra preciso, marcaría la opción d).

Gracias de antemano y un saludo!

[Julián]

Re: Materiales semiconductores

Luego el apartado d) no me convence demasiado, como digo según lo visto en clase creo haber entendido que el que el semiconductor sea intrínseco o extrínseco no influye en los electrones que este pueda o no pueda tener. Así que por descarte elegiría la opción c) como la CORRECTA.

Correcto. Es decir, si al cristal se lo dopa con impurezas donoras, como el fósforo, este al tener 5 electrones de valencia, cuando forman la estructura cristalina con el silicio o germanio (con 4 electrones de valencia) el electrón que resta no forma parte de un enlace covalente y ante una pequeña energía (energía banda de conducción- energía banda de valencia) escapa del potencial del átomo de dador (fósforo) y queda en la banda de conducción, moviendose por todo el cristal. De esta manera dopando con fósforo se agrega 1 electrón de conducción sin agregar pares de electrones y lagunas.

Pregunta 2: pondría como CORRECTA la c) pero no estoy muy seguro porque en el material visto en clase no se ha hablado mucho de las propiedades de los átomos, y menos con el profesor dando los últimos temas a contrarreloj, dejándose cosas muy importante por el camino y teniendo como temario de la asignatura el que tenemos

la a no es correcta porque no simplemente se posicionan en el nivel de mínima energía sino que siguen el principio de exclusión de pauli y por lo tanto obedecen la distribución de fermi-dirac. La b tampoco porque la radiación tiene la energía que es la diferencia de energía perdida del electrón y esta es cinética y potencial. Y la c y la d parecen correctas pero la d parece con trampa porque si tienen los 4 numeros cuánticos diferentes necesariamente están en otro orbital.

Pregunta 3: la verdad que en esta pregunta no sabría pon donde tirar. El profesor no me va a decir cuál es la buena, he buscado en los apuntes y no encuentro nada que se asemeje a una respuesta clara y buscar algo tan escueto en libros de 400 páginas tan completos como los que he consultado en la biblioteca de mi facultad resulta un tanto imposible de encontrar. Aquí me vas a disculpar pero si me saliese en el examen la dejaría en blanco.

Es la b, por ejemplo el fosforo con 5 electrones de valencia y 4 forman ligaduras. Si pierde el 5 electrón el fosforo queda positivo dando un ion positivo fijo mientras que el electron que gano energía para pasar a la banda de conducción se mueve por todo el cristal. microscopicamente hay zonas con carga pero en su conjunto el cristal sigue siendo neutro.

Pregunta 4: elegiría la opción b) por ser la más completa.

Mal, es la d. Un diodo no son 2 cristales con diferentes dopaje unidos sino es un único cristal en donde una zona es dopada con impurezas donoras y la otra con impurezas aceptoras. Como una una diferencia de concentración de portadores mayoritarios en cada zona estos migran por el gradiente de concentración hasta que se encuentran con los portadores opuestos y se cancelan quedando una zona de union sin portadores pero con iones fijos en el cristal sin neutralizar dando una diferencia de potencial de manera de que llega a un valor en donde los portadores ya no tienen más energía para cruzarla, hasta que se aplique una diferencia de potencial en los extremos del diodo y disminuya esa barrera de potencial (diodo en directa). Si observas hay impurezas en la zona de transición pero no hay portadores de carga.

Pregunta 5: esta pregunta tampoco la tengo muy clara. Sé que el apartado a) no sería puesto que los materiales semiconductores no son independientes de la temperatura, pero de entre las restantes no sé cuál es la correcta. Como te digo, tengo los exámenes finales de todas las asignaturas a la vuelta de la esquina y no puedo dedicarle a esta asignatura todo el tiempo que se merece. Si tuviese que elegir una u otra preciso, marcaría la opción d).

Marcaste bien.

[Visitante]

Re: Materiales semiconductores

Muchísimas gracias por responder y tan pronto. Con lo que me has ido anotando tengo un poquito más claro los conceptos de cara al examen que tengo el viernes.

Saludo crack!