• Materiales Conductores

(1)

• Materiales Magnéticos

• Materiales Conductores

• Materiales Dieléctricos

MATERIALES ELECTRÓNICOS

(2)

Ing. Germán Sanabria

MATERIALES CONDUCTORES

Principales aplicaciones: Líneas de tendido eléctrico, instrumentos electrónicos de medición, equipos de telecomunicación, laptops, generadores, motores eléctricos, electrodomésticos, etc.

(3)

Taller de química e ingeniería de materiales

MATERIALES CONDUCTORES

SEMICONDUCTORES: Regulación de potencia, intensidad, tensión,

rectificación o amplificación de señal. Toda fuente de alimentación de precisión debe de construirse inexorablemente con dispositivos semiconductores (diodos, transistores o tiristores).

Aplicaciones ópticas y de comunicación lo constituyen los fotodiodos, fototransistores, células fotovoltaicas, láseres semiconductores para comunicaciones por fibra óptica.

(4)

Conductividad eléctrica de metales y no metales.

(5)

MATERIALES CONDUCTORES

Temas a tratar:

• Estudio de las propiedades eléctricas de los materiales conductores:

metales, aleaciones, y semiconductores.

• los modelos teóricos que justifican la conducción eléctrica

• Las variables de influencia sobre el comportamiento conductor en metales y semiconductores.

(6)

la propiedad principal para su diseño es la resistividad ( ), o su inversa, la conductividad ( ).

Las propiedades eléctricas de los metales (microestructura cristalina y estructura electrónica).

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA EN METALES:

a) Celda unidad del cobre, b) esquema del enlace metálico según el modelo clásico.

(7)

(8)

(9)

a) Celda unidad del cobre, b) esquema del enlace metálico según el modelo clásico.

…….Justificación de la resistividad (2 hipótesis):

1. Existencia de fuerzas de rozamiento que se oponen al

movimiento de los electrones, limitadoras de su velocidad en el interior de la red cristalina.

2. Las fuerzas de rozamiento son de carácter intrínseco al tipo de metal (Ohm).

(10)

Factores de influencia en la conductividad de los materiales 1. Influencia de la temperatura:

Resistividad frente a temperatura para el cobre.

(11)

Factores de influencia en la conductividad de los materiales 1. Influencia de la temperatura:

Justificación cualitativa a partir de la hipótesis de Einstein:

Hipótesis de Einstein: microestructura cristalina del metal actuando como un oscilador armónico.

Frecuencia de vibración característica.

Amplitud máxima de la vibración.

Resistividad frente a temperatura para el cobre.

• “La concepción clásica atribuye la resistividad a la pérdida de energía que sufren los electrones del metal, acelerados en el interior por efecto del campo eléctrico aplicado, al chocar con los átomos de la red cristalina”.

(12)

Factores de influencia en la conductividad de los materiales

2. Defectos cristalinos: Justificación cualitativa a partir de la hipótesis de Einstein

Contribuciones a la resistividad de un metal.

Choque

e

Imperfecciones cristalinas

La parte residual de la resistividad es del orden de 10E+5 a 10E+6 veces mayor que la térmica.

Dislocaciones, bordes de grano, átomos en intersticios y fuera de los nudos de la red.

Densidad de imperfecciones (dislocaciones)

(13)

Factores de influencia en la conductividad de los materiales 3. Elementos de aleación:

Dep. de la Naturaleza del aleante y concentración de las impurezas.

El elemento aleante

perturba la regularidad de la red cristalina e incrementa la densidad de defectos

Efecto de las impurezas en la resistividad del Cu.

(14)

Factores de influencia en la conductividad de los materiales 3. Elementos de aleación:

Evolución de la resistividad en las aleaciones Cu-Ni.

Evolución de las características mecánicas y eléctricas en una aleación Cu-Zn.

(15)

Factores de influencia en la conductividad de los materiales 4. Deformación plástica:

Efecto de la deformación plástica sobre la conductividad en Cu y aleaciones Cu-Zn.

• Incrementa en los metales puros, y sus aleaciones, su resistividad. Dicha

disminución de la

conductividad es menos intensa que la debida al efecto del aleante.

• Las dislocaciones tienden a bloquearse al no poder dirigirse hacia el borde de grano. Operan como

activadores de un

mecanismo multiplicador de dislocaciones.

(16)

(17)

Aplicaciones

(18)

MATERIALES SEMICONDUCTORES

Semiconductores intrínsecos: Comportamiento natural del Si y Ge (no dopado).

Incapacidad del modelo clásico. No

satisface a los semiconductores

En los semiconductores intrínsecos, el mecanismo de conducción es debido a los electrones y huecos

generados térmicamente.

(19)

(20)

(21)

MATERIALES SEMICONDUCTORES

Semiconductores extrínsecos: Están ligeramente impurificados con elementos químicos disueltos en su microestructura cristalina. Los dopantes (donantes y aceptores) poseen una capa de valencia con un electrón de mas o de menos que la de los átomos del semiconductor.

• Donantes habituales (grupo V: fósforo, arsénico, antimonio y bismuto)

• Aceptores habituales (grupo III: boro, aluminio, galio e indio.)

(22)

MATERIALES SEMICONDUCTORES Dopados con “Donantes”- Tipo N:

Principalmente grupo V: fósforo, arsénico, antimonio y bismuto.

(23)

MATERIALES SEMICONDUCTORES Dopados con “Donantes”- Tipo N:

Resistividad Vs concentración de impurezas

(24)

MATERIALES SEMICONDUCTORES Dopados con “Aceptores”- Tipo P:

Principalmente grupo III: boro, aluminio, galio e indio

(25)

APLICACIONES SEMICONDUCTORES

(26)

VIDEO: FABRICACIÓN DE SEMICONDUCTORES : http://www.youtube.com/watch?v=YroyIXq2Iz0