SEMICONDUCTORES Y CIRCUITOS INTEGRADOS

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SEMICONDUCTORES Y CIRCUITOS INTEGRADOS

• MANUEL GUSTAVO SIERRA
• JIMY ALEXANDER ROMERO

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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.

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TIPOS DE SEMICONDUCTORES
Elemento Grupo Electrones enla 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-
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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

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ESTRUCTURA DE UN SEMICONDUCTOR
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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

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

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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
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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.

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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.

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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.

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CIRCUITOS INTEGRADOS (CI)
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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

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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".

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Primer Circuito Integrado
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MICROPROCESADOR
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• 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.

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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

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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

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

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• 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.

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Ventajas de CI

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

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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