lunes, 15 de febrero de 2010

Transistor de Alta Eficiencia Hecho de Nitruro de Galio

20 de Enero de 2010.

En la Universidad Cornell han fabricado un transistor sumamente eficiente hecho de un material que pronto podría reemplazar al silicio como el rey de los semiconductores para las aplicaciones que requieren una alta potencia.

Junxia Shi, especialista en el laboratorio de Lester Eastman, ha desarrollado el dispositivo basado en el nitruro de galio que podría formar la base para la circuitería en productos que van desde los ordenadores portátiles hasta los vehículos híbridos, pasando por muchos otros sistemas electrónicos de alta potencia.

La resistencia a la corriente eléctrica del nuevo transistor es de 10 a 20 veces más baja que la de los actuales dispositivos de alta potencia basados en el silicio. También tiene un alto valor en el parámetro de cuánto voltaje puede aplicarse a un material antes de que falle.


Foto: Junxia Shi













La clave del dispositivo es la baja resistencia eléctrica del nitruro de galio, lo que produce menos pérdida de potencia por calentamiento, y su capacidad de manejar hasta 3 millones de voltios por centímetro sin que se produzca un fallo eléctrico. El silicio, el material competidor, soporta sólo unos 250.000 voltios por centímetro.

Los transistores, que fueron hechos con el equipamiento de nanofabricación de la Universidad Cornell, puede que un día energicen de todo, desde vehículos eléctricos híbridos a barcos. De hecho, la Armada Estadounidense ya financió hace más de diez años la investigación de la Universidad Cornell sobre los transistores de nitruro de galio, y actualmente aporta una parte importante de la financiación para la nueva investigación del laboratorio de Lester Eastman.

Shi y Eastman tienen una patente provisional para su dispositivo. Las empresas Velox y Freescale (establecida ésta última por Motorola), también han ayudado a financiar la investigación, con la esperanza de producir los dispositivos a escala industrial.



Fuente: http://www.amazings.com/ciencia/noticias/200110c.html
Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES

Transistores de grafeno de 100GHz (IBM)

Por: Ariel Palazzesi  @  sábado, 06 de febrero de 2010  Nota vista 4758 veces


IBM, la empresa que mas patentes ha presentado en los últimos años, acaba de anunciar la creación de un transistor capaz de funcionar a una frecuencia de 100GHz.  Fabricado con grafeno, un compuesto de carbono con sus átomos densamente empaquetados similar al grafito, este transistor supera ampliamente la velocidad de sus equivalentes de silicio.  La electrónica basada en el grafeno podría, simplemente reemplazando los transistores actuales por los nuevos, lograr CPUs de 25 a 50 veces más rápidas que las de silicio.

Salvo algunos modelos experimentales, los ordenadores como el que estas usando para leer este articulo basan su funcionamiento en chips cuyo componente principal son transistores de silicio. Los transistores son el ladrillo fundamental de la electrónica actual y su velocidad es la que determina en gran medida que tan rápido (o lento) puede ser un equipo electrónico. Algunos investigadores pertenecientes a los mas importantes fabricantes de componentes electrónicos creen que estamos muy cerca de alcanzar el límite de la velocidad que puede proporcionarnos el silicio, material con el que se fabrican además los microprocesadores actuales.  Una de las alternativas que se barajan a la hora de buscar un reemplazo para este material es el carbono,  lo que ha motivado a los laboratorios de las grandes empresas tecnológicas a experimentar con transistores basados en este material.

Su red cristalina tiene la misma forma que un panal de abeja.
Su red cristalina tiene la misma forma que un panal de abeja.

Una de ellas es IBM. El "gigante azul" ha sido -durante años- la empresa que más cantidad de patentes relacionadas con la tecnología presenta cada año, algo que habla muy bien de la capacidad de investigación que posee. Un trabajo realizado por Phaedon Avouris, el director de ciencia a escala manométrica de la empresa ha creado un revolucionario transistor de grafeno capaz de funcionar 100GHz. Desde el punto de vista físico, el grafeno es una estructura laminar plana, de tan solo un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados conformando una red cristalina que tiene la misma forma que un panal de abeja. Cada átomo está ligado a sus vecinos mediante enlaces covalentes. Su nombre  proviene de grafito, material que no es otra cosa que una enorme pila de láminas de grafeno.  Es un compuesto que seguramente revolucionará nuestro futuro, ya que es el componente estructural básico de todos los demás elementos graníticos incluyendo los nanotubos de carbono y los fulerenos.

Las propiedades de este material permiten una mejor conducción de las cargas eléctricas, y esta es una de las razones que ha permitido a IBM alcanzar los 100 100GHz.  "100GHz" equivalen a 100 mil millones de cambios entre "0" y "1" por segundo. Un microprocesador moderno puede efectuar solamente unos 3 o 4 mil millones de cambios por segundo, por lo que el transistor de IBM podría ser el componente clave que permita la creación de nuevos dispositivos ultraveloces que revolucionarían el campo de la electrónica y las comunicaciones. Los detalles de la investigación que ha realizado el equipo de Avouris serán publicados en la revista Science. "La movilidad de los portadores de carga en el grafeno lo convierten en un candidato prometedor para los dispositivos electrónicos de alta velocidad. Este material conductor es el más delgado posible, ya que solo tiene un átomo de grosor. Con el grafeno se conseguirán fabricar los transistores más pequeños y rápidos, que se hayan fabricado hasta ahora con materiales semiconductores", dicen en IBM. Esperemos que pronto se conviertan en circuitos integrados reales, que lleven el poder de nuestros ordenadores varios pasos más adelante.

Fuente: http://www.neoteo.com/transistores-de-grafeno-de-100ghz-ibm.neo
Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES
 

Funcionamiento y funciones del Transistor

Transistores
En la sección diodos vimos la unión de dos cristales, P y N, debidamente dopados. Ahora vamos a investigar que ocurre, desde el punto de vista eléctrico, si unimos dos diodos entre si, es decir si unimos un conjunto P-N con otro N-P, dorso contra dorso; o bien si unimos un N-P con otro P-N, en las mismas condiciones.
Debido a que las dos secciones centrales poseen el mismo dopado, se confunden entre si, de modo que nos queda una unión real que equivale, en el primer caso, a P-N-P y en el segundo a N-P-N.


En 1949, alguien realizando pruebas (estas pruebas se realizarán en artículos especiales) se dio cuenta de que se hallaba ante un nuevo dispositivo semiconductor de enormes posibilidades, y lo bautizó con el nombre de transistor sacado de transfer resistor (resistencia de transferencia, en inglés) porque el transistor ofrece una resistencia variable.

Teoría del Transistor
A vista de esa prueba realizada este dispositivo ha de tener tres electrodos o bornes, uno por cada uno de los cristales de que se compone. Al cristal que recibe la corriente, el primero de los tres, se distingue con el nombre de emisor; el cristal del centro como base, y al cristal de salida de la corriente, colector. Entonces, en un transistor de tipo NPN, la primera N será el emisor, P será la base, y la otra N, el colector. Estos nombres se suelen abreviar con las letras E, B y C respectivamente.


Para comprender bien el funcionamiento del transistor debemos recordar la teoría atómica, donde el cristal N es un cristal que tiene exceso de electrones, y el cristal P, es un cristal con exceso de huecos. Por ejemplo un transistor de tipo NPN, siguiendo la imagen en la que una fuente de alimentación (B) provee de corriente al emisor, conectado al polo negativo en el cristal N, negativo también. En estas condiciones se forman como unas barreras Z1 y Z2 en las uniones con el cristal P de base, que impiden el paso de la corriente. La base está llena de huecos que pasan a ser ocupados por los electrones más próximos de los cristales contiguos, formándose estas barreras de átomos en equilibrio que impide el paso de la corriente (salvo una muy débil corriente de fuga de escasísimo valor).
Transistor NPN 







Circuito elemental de un transistor.

Pero si se polariza la fuente del mismo signo que ella, es decir, con una tensión positiva respecto al emisor, lo que se llama en sentido contrario, la barrera Z1 desaparece porque el potencial positivo aplicado a la base repele los huecos hacia los cristales N y penetran en la zona de resistencia. Los electrones libres del emisor la atraviesan siendo atraídos por los potenciales positivos de la base y del colector. Dado que el potencial positivo del colector es mucho más elevado que el de la base, los electrones se sentirán más atraídos por el primero, por lo que se obtendrá una elevada corriente del colector (que abreviaremos IC) y una pequeña corriente de base (IB). La corriente del emisor (IE) será por tanto igual a la suma de la corriente de colector y la corriente de base, tal como se deduce de las leyes de Kirchhoff. Es decir:
IE = IC + IB




De esto se deduce que la corriente que sale por el colector no va incrementada con la corriente de base. De hecho, la corriente que pasa por emisor y que se designa IE se compone de la corriente de la base y del colector que luego circularán en diferente sentido. En la imagen vemos un esquema de circuito elemental de un transistor en el que se designa también el nombre de las tensiones (V). Así tenemos que VBE es la tensión base-emisor, VCE es la tensión colector-emisor. Como puede verse, en el emisor las corrientes de base colector se suman, tal como dice la ley de Kirchhoff.

Funcionamiento del Transistor
Para interpretar los esquemas es muy importante saber con detalle el funcionamiento del transistor. Para ello es conveniente
Comprobación del funcionamiento de un transistor.
 ver como se comporta de acuerdo con la corriente de base, que es la principal particularidad de este dispositivo electrónico. Lo analizaremos mejor por medio de imágenes.


En la imagen seguimos con un transistor de tipo NPN, pero sería lo mismo hacer la prueba con el otro tipo de transistor,

el PNP, pero habría que hacerlo con las conexiones invertidas para ese caso. En esa imagen va sernos de gran utilidad el potenciómetro (P) que se aprecia en la parte baja y también el miliamperímetro (A) que nos indicará el valor de la corriente que circulará por el colector.

Aseguramos de que hemos hecho bien las conexiones, es decir, el negativo de la batería al cristal N emisor, el positivo al colector; y en lo que respecta a la base con su conexión positiva por ser cristal P. En esa imagen que vimos tenemos el potenciómetro a cero, de modo que su alta resistencia impide el paso de la corriente a la base y el transistor no conduce corriente.

A un pequeño paso de la corriente por la base se corresponde un gran paso entre emisor y colector.
















Cuando accionamos el cursor del potenciómetro y disminuimos la resistencia del circuito, como se ve en la siguiente imagen; dando paso a una intensidad de corriente (IB) de, por ejemplo 0,1 mA, la corriente pasa a alimentar la base y observamos que el miliamperímetro conectado en serie con el colector mueve su aguja y causa un paso de corriente de 10 mA. Si accionamos el potenciómetro de modo que pase la máxima corriente posible, la aguja del miliamperímetro también delata el aumento del paso de corriente de colector. Entonces deducimos que la corriente de base, cuanto más intensa es, más intensa permite que sea la corriente del colector. De ahí sacamos una importante característica del transistor, y es que se puede regular la corriente de paso por el mismo, por el hecho de establecer una determinada corriente de base. En el ejemplo anterior vimos que con una corriente de 0,1 mA puede controlarse otra corriente de 10 mA, es decir, una corriente 10/0,1 = 100 veces superior.


Otra condición de la mayor importancia para conocer para conocer el funcionamiento del transistor son las siguientes reglas que hemos de considerar siempre cuando se trata de interpretar su funcionamiento.

En estos casos:
- Al emisor deberá aplicársele una polaridad del mismo signo que el cristal que los constituye. Si el cristal es del tipo P se le deberá aplicar polaridad positiva; y si es del tipo N se le deberá aplicar polaridad negativa.


- A la base se le aplicará igualmente una polaridad del mismo signo que el cristal que lo constituye. Si es un cristal N se le aplicará polaridad negativa; y si es un cristal P deberá ser positiva.


- Al colector se le aplicará una polaridad opuesta al cristal que lo constituye. Si es un cristal P se le deberá aplicar la polaridad negativa; y si es de cristal N deberá aplicársele la polaridad positiva.

Estas condiciones hay que tenerlas muy en cuenta cada vez que tenga que conectar un transistor en un circuito.

Funciones principales del Transistor
Con todo lo dicho hasta aquí ya tenemos una idea general del funcionamiento de este dispositivo. Ahora hemos de ver para qué sirve, que es el objetivo de este estudio electrónico. A continuación pondremos una lista de funciones de transistores, y luego veremos una de ellas a fondo, la que se considera de mayor importancia en este campo.

Funciones o tipos:
- Amplificadores.
- Interruptores o relés.
- Unipolares (JFET y MOSFET), se utilizan en circuitos integrados.
- Darlington

El tipo o función del transistor que vamos a destacar (por el momento) será como amplificador, hay que aclarar que es eso de amplificar en electrónica, por lo cual lo definiremos. Podríamos decir que amplificar es incrementar una magnitud, y que amplificación es, por lo tanto, el proceso de incrementar la intensidad de una señal. Un amplificador es un dispositivo en el que una débil corriente producida por una fuente provoca una fuerte corriente en otra fuente.


Una amplificación es un aumento de magnitud y no, un aumento de energía; es decir, no es que de un amplificador salga más de lo que entra y por lo tanto haya una creación de algo; lo que ocurre es que sale agrandado, es decir, amplificado. Para mayor claridad pasemos a definir bien lo que se define por 'aumento de magnitud'. Si dividimos la corriente, la tensión o la potencia de salida por el valor correspondiente de entrada nos quedará un resultado que es lo que se llama 'ganancia' del amplificador en términos electrónicos. Una potencia de salida de, por ejemplo, 1 W que resulta de una potencia de entrada de 1 mW significará una ganancia del amplificador de 1000 W (1/0,001= 1000).


sábado, 13 de febrero de 2010

Transistores bipolares (BJT) CURVAS CARACTERISTICAS




Curva SOA
Una de las curvas más importantes de un transistor es la curva del área de máxima seguridad "SOA" (Sfae Operation Area).
En funcionamiento en contínua, este área define la región de posibles combinaciones de IC/VCE dentro de la cual el punto de trabajo puede estar sin daño y sin disminución de la fiabilidad del transistor.

En la gráfica adjunta se observa cómo se mantiene el voltaje máximo a 700V y cómo se dan diferentes tiempos de pulso. Así, el área abarcada por un pulso de 10ms será menor que la que abarca un pulso de 1ms. Esto nos indica que el fabricante determina las características del área de seguridad dando pulsos de corriente superiores a la Is/b límite, pero de tiempo reducido para no deteriorar el transistor.
Curva de impedancia térmica

Relaciona la duración del pulso tp con la impedancia térmica unión-contenedor (Zth).
El factor de trabajo D es el parámetro característico de esta curva; si la duración del pulso ton es pequeña, D también lo es, ya que se relacionan mediante D=ton/T, siendo T el periodo.
Como se puede apreciar, a partir de un cierto valor de pulso la impedancia térmica tiene un mismo valor para cualquier ciclo de trabajo, pasando a ser una resistencia térmica unión-ambiente.

Curva de degradación de la potencia


Nos relaciona la variación de la temperatura del contenedor o cápsula con la máxima potencia de disipación del transistor (PD).
Se observa que el dispositivo puede disipar su máxima potencia (en este caso 100W) siempre y cuando trabaje en un intervalo de temperaturas de contenedor comprendido entre 0 y 25ºC. A partir de esta temperatura, la potencia va a ir disminuyendo linealmente a medida que la temperatura aumenta, hasta alcanzar un valor límite de temperatura, donde la potencia disipada es cero.
La potencia disipada se puede calcular mediante:


Ptot=(Tj - Tc)/Rjc

Curvas ganancia - corriente de colector


Nos muestra la variación de la ganancia de corriente continua hFE con la corriente de colector IC y con la temperatura.
Podemos apreciar que a una temperatura fija, la ganancia crece hasta un máximo cuando la corriente de colector aumenta. Si esta corriente continúa aumentando, la ganacia comienza a disminuir.
Por otro lado, también se observa que al aumentar la temperatura, aumenta la ganancia para una corriente de colector dada.

Curvas características de entrada


Relaciona la intensidad de base con la tensión base-emisor.
En ella podemos ver la cracaterística de entrada que nos da el fabricante, para temperaturas de 25 a 125ºC del encapsulado y para distintas corrientes de colector. Así, cuando la temperatura de la cápsula vale 25ºC, observamos que para una variación pequeña de VBE, tenemos una variación de IB mayor.

Curvas características de salida


Relacionan la intensidad de colector y la tensión colector-emisor para una intensidad de base constante.
En este caso no se limitan las curvas con la curva de máxima disipación de potencia (en algunas hojas vienen limitadas), así que hay que tenerlo muy en cuenta a la hora de realizar los cálculos, ya que no se debe trabajar por encima de dicha curva.

Curvas características de transferencia


Relacionan la intensidad de colector con la tensión base-emisor, para una tensión constante de VCE, en este caso de 5V.
En esta gráfica, vemos como la relación IC-VBE es mucho más lineal a 25ºC que a 125ºC, queriéndonos decir el fabricante que a altas temperaturas nos encontramos con una distorsión considerable, consecuencia directa de la alinealidad del transistor.

Curvas VCEsat / IC


Nos relacionan la tensión colector-emisor de saturación con la intensidad de colector. Los otros dos parámetros característicos son la temperatura de la cápsula y la ganacia de corriente en continua (IC/IB).
Como podemos apreciar, para mayor temperatura habrá mayores valores de tensión e intensidad.

Curva corriente de fugas - temperatura ambiente


La corriente de fugas se debe a los portadores minoritarios que atraviesan la union colector-base inversamente polarizada.
Podemos apreciar que a medida que crece la temperatura, también lo hace la intensidad de fugas.

Fuente:http://www.redeya.com/electronica/tutoriales/htransis/transis/t5.htm
Nombre: Lenny Ramirez
Asignatura: EES



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The Field Effect Transistor



In the BJT  tutorials, we saw that the output Collector current is determined by the amount of current flowing into the Base terminal of the device and thereby making the Bipolar Transistor a CURRENT operated device. The Field Effect Transistor, or simply FET however, use the voltage that is applied to their input terminal to control the output current, since their operation relies on the electric field (hence the name field effect) generated by the input voltage. This then makes the Field Effect Transistor a VOLTAGE operated device.
The Field Effect Transistor is a unipolar device that has very similar properties to those of the Bipolar Transistor ie, high efficiency, instant operation, robust and cheap, and they can be used in most circuit applications that use the equivalent Bipolar Junction Transistors, (BJT). They can be made much smaller than an equivalent BJT transistor and along with their low power consumption and dissipation make them ideal for use in integrated circuits such as the CMOS range of chips.
We remember from the previous tutorials that there are two basic types of Bipolar Transistor construction, NPN and PNP, which basically describes the physical arrangement of the P-type and N-type semiconductor materials from which they are made. There are also two basic types of Field Effect Transistor, N-channel and P-channel. As their name implies, Bipolar Transistors are "Bipolar" devices because they operate with both types of charge carriers, Holes and Electrons. The Field Effect Transistor on the other hand is a "Unipolar" device that depends only on the conduction of Electrons (N-channel) or Holes (P-channel).
The Field Effect Transistor has one major advantage over its standard bipolar transistor cousins, in that their input impedance is very high, (Thousands of Ohms) making them very sensitive to input signals, but this high sensitivity also means that they can be easily damaged by static electricity. There are two main types of field effect transistor, the Junction Field Effect Transistor or JFET and the Insulated-gate Field Effect Transistor or IGFET), which is more commonly known as the standard Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor or MOSFET for short.

The Junction Field Effect Transistor

We saw previously that a bipolar junction transistor is constructed using two PN junctions in the main current path between the Emitter and the Collector terminals. The Field Effect Transistor has no junctions but instead has a narrow "Channel" of N-type or P-type silicon with electrical connections at either end commonly called the DRAIN and the SOURCE respectively. Both P-channel and N-channel FET's are available. Within this channel there is a third connection which is called the GATE and this can also be a P or N-type material forming a PN junction and these connections are compared below.
Bipolar Transistor Field Effect Transistor
Emitter - (E) Source - (S)
Base - (B) Gate - (G)
Collector - (C) Drain - (D)
The semiconductor "Channel" of the Junction Field Effect Transistor is a resistive path through which a voltage Vds causes a current Id to flow. A voltage gradient is thus formed down the length of the channel with this voltage becoming less positive as we go from the drain terminal to the source terminal. The PN junction therefore has a high reverse bias at the drain terminal and a lower reverse bias at the source terminal. This bias causes a "depletion layer" to be formed within the channel and whose width increases with the bias. FET's control the current flow through them between the drain and source terminals by controlling the voltage applied to the gate terminal. In an N-channel JFET this gate voltage is negative while for a P-channel JFET the gate voltage is positive.



The cross sectional diagram above shows an N-type semiconductor channel with a P-type region called the gate diffused into the N-type channel forming a reverse biased PN junction and its this junction which forms the depletion layer around the gate area. This depletion layer restricts the current flow through the channel by reducing its effective width and thus increasing the overall resistance of the channel.
When the gate voltage Vg is equal to 0V and a small external voltage (Vds) is applied between the drain and the source maximum current (Id) will flow through the channel slightly restricted by the small depletion layer. If a negative voltage (Vgs) is now applied to the gate the size of the depletion layer begins to increase reducing the overall effective area of the channel and thus reducing the current flowing through it, a sort of "squeezing" effect. As the gate voltage (Vgs) is made more negative, the width of the channel decreases until no more current flows between the drain and the source and the FET is said to be "pinched-off". In this pinch-off region the gate voltage, Vgs controls the channel current and Vds has little or no effect. The result is that the FET acts more like a voltage controlled resistor which has zero resistance when Vgs = 0 and maximum "ON" resistance (Rds) when the gate voltage is very negative.



The voltage Vgs applied to the gate controls the current flowing between the drain and the source terminals. Vgs refers to the voltage applied between the gate and the source while Vds refers to the voltage applied between the drain and the source. Because a Field Effect Transistor is a VOLTAGE controlled device, "NO current flows into the gate!" then the source current (Is) flowing out of the device equals the drain current flowing into it and therefore (Id = Is).
The characteristics curves example shown above, shows the four different regions of operation for a JFET and these are given as:
  • Ohmic Region - The depletion layer of the channel is very small and the JFET acts like a variable resistor.
  •  
  • Cut-off Region - The gate voltage is sufficient to cause the JFET to act as an open circuit as the channel resistance is at maximum.
  •  
  • Saturation or Active Region - The JFET becomes a good conductor and is controlled by the gate-source voltage, (Vgs) while the drain-source voltage, (Vds) has little or no effect.
  •  
  • Breakdown Region - The voltage between the drain and source, (Vds) is high enough to causes the JFET's resistive channel to break down and pass current.
The control of the drain current by a negative gate potential makes the Junction Field Effect Transistor useful as a switch and it is essential that the gate voltage is never positive for an N-channel JFET as the channel current will flow to the gate and not the drain resulting in damage to the JFET. The principals of operation for a P-channel JFET are the same as for the N-channel JFET, except that the polarity of the voltages need to be reversed.


Fuente: http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_5.html
Nombre: Lenny Ramirez
Asignatura: EES


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High precision optical images of an organic semiconductor

Near-field microscope yields high precision optical images of an organic semiconductor with 17 nm resolution

(Nanowerk News) Scientists of the research group of Prof. Dr. Alfred Meixner and Dr. Dai Zhang from the Institute of Physical and Theoretical Chemistry at the University of Tübingen have developed a near-field microscope that can measure the optical properties of e. g. semiconductor thin films with a spatial resolution and sensitivity long thought unachievable due to fundamental physical laws (diffraction limit). Both the optical spectrum and the topography of a surface can be mapped simultaneously with nanometre precision – a nanometre corresponding to one millionth of a millimetre.

"Molecular steps of a semiconductor film appear as distinct bright stripes of approximately 17 nanometres width. We obtained new insights that cannot be obtained with any other method," says Alfred Meixner. The findings are published on the 5th of February 2010 in the journal Physical Review Letters. The results were obtained in collaboration with Ute Heinemeyer and Prof. Dr. Frank Schreiber (Institute of Applied Physics, University of Tübingen) and with Dr. Reinhard Scholz (Technical University of Munich).

Crystal structure of bismuth telluride showing a single quintuple separated from other layers by van der Waals gaps

The upper panel shows the topographical measurement of a diindenoperylene film.

Lighter shades stand for higher areas, darker ones for lower areas. In the lower panel the topographical and the optical measurements are superimposed – the latter one in the red and yellow colour range; the brighter the colour, the higher the luminescence intensity. (Image: Research Group of Prof. Meixner, University of Tübingen)

Semiconductors made of organic thin films play an important role in new electronic applications, e.g. in organic solar cells, where solar power is converted to electric current, or in organic light emitting diodes (OLEDs) for flexible high resolution displays. The electronic and optical properties of these films differ greatly from the properties of the single organic molecules of which they consist. Especially the microscopic structure is not yet well understood, though molecular islands, edges and defects strongly influence the average film properties.

These microscopic structures were now optically detected by the near-field microscope in Tübingen. Thereto, an extremely fine gold tip is approached closely (one to three nanometres) to the semiconductor surface, where it is additionally illuminated by a tightly focused laser beam. "We obtained nanometre resolution and an optical luminescence enhancement of up to one million," explains Alfred Meixner. "This high enhancement factor is possible because the tip is in the focus of a parabolic mirror: This combination yields a perfect optical antenna. The gold tip concentrates the light locally into the nanometre sized gap between the tip apex and the sample surface and thereby generates an optical near field which in turn excites the sample. Vice versa, photons that are generated by the sample inside the near-field area are collected by the tip and the parabolic mirror and directed onto a sensitive detector."

The near-field measurements of the semiconductors made of diindenoperylene (DIP) molecules revealed that the edges of the DIP nano terraces radiate stronger than the bulk. These edges are one to three molecular layers high and appear as bright stripes of approximately 17 nanometres. This is due to electron hole pairs in the semiconductor DIP, so called excitons, which are induced as well as detected by the near field of the tip. "If our tip was not there, the excitons would mainly decay thermally", explains Alfred Meixner. "This breakthrough could lead to the near-field microscopy becoming a valuable method for materials research," Reinhard Scholz and Frank Schreiber agree.

Source: Universität Tübingen

Fuente: http://www.nanowerk.com/news/newsid=14699.php
Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES
 





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Band Theory of Solids

A useful way to visualize the difference between conductors, insulators and semiconductors is to plot the available energies for electrons in the materials. Instead of having discrete energies as in the case of free atoms, the available energy states form bands. Crucial to the conduction process is whether or not there are electrons in the conduction band. In insulators the electrons in the valence band are separated by a large gap from the conduction band, in conductors like metals the valence band overlaps the conduction band, and in semiconductors there is a small enough gap between the valence and conduction bands that thermal or other excitations can bridge the gap. With such a small gap, the presence of a small percentage of a doping material can increase conductivity dramatically.

An important parameter in the band theory is the Fermi level, the top of the available electron energy levels at low temperatures. The position of the Fermi level with the relation to the conduction band is a crucial factor in determining electrical properties.


Energy Bands for Solids


 

Energy Bands Comments


 
 

Semiconductor Energy Bands

For intrinsic semiconductors like silicon and germanium, the Fermi level is essentially halfway between the valence and conduction bands. Although no conduction occurs at 0 K, at higher temperatures a finite number of electrons can reach the conduction band and provide some current. In doped semiconductors, extra energy levels are added.
The increase in conductivity with temperature can be modeled in terms of the Fermi function, which allows one to calculate the population of the conduction band.



 
Fuente: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/band.html#c1
Nombre: Lenny Ramirez
Asignatura: EES
 


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Punto de Trabajo del Bjt

1.4 Punto de trabajo

El transistor bipolar que opera en la región lineal tiene unas características eléctricas lineales que son utilizadas para amplificación.
En estos circuitos, las señales de entrada son amplificadas a la salida y, por consiguiente, hay un aporte de energía realizado a través de fuentes de tensión externas denominadas fuentes de alimentación o fuentes de polarización.
Las fuentes de alimentación cubren dos objetivos: proporcionar las corrientes y tensiones en continua necesarias para que el transistor opere en la región lineal y suministrar energía al transistor de la que parte de ella va a ser convertida en potencia (amplificación).
Los valores de corrientes y tensiones en continua en los terminales de un transistor se denomina punto de trabajo y se suele expresar por la letra Q (Quiescent operating point).
En transistor del circuito de la figura 1.8.a está polarizado con dos resistencias y una fuente de tensión en continua VCC. En este circuito se verifica que
Corriente de base IB del transistor bipolar en el punto de operación Q - Electrónica  Unicrom
Si suponemos que el transistor se encuentra en la región directa lineal, entonces se puede relacionar las intensidades de base y colector a través de la hFE y asignar una tensión base-emisor típica de 0.7 V.
El cálculo de las tensiones e intensidades del transistor proporciona su punto de trabajo Q. Para este circuito, Q viene definido por las siguientes ecuaciones:
Ecuaciones que definen el punto de operación Q de un transistor bipolar - Electrónica Unicrom

1.4 Representación del punto de trabajo con la recta en carga estática

En la figura 1.8.b se muestra la representación gráfica del punto de trabajo Q del transistor, especificado a través de tres parámetros: ICQ, IBQ y la VCEQ.
Este punto se encuentra localizado dentro de una recta denominada recta de carga estática: si Q se encuentra en el límite superior de la recta el transistor estará saturado, en el límite inferior en corte y en los puntos intermedios en la región lineal.
Esta recta se obtiene a través de la ecuación del circuito que relaciona la IC con la VCE que, representada en las curvas características del transistor de la figura 1.8.b, corresponde a una recta.
Circuito de polarización y recta de carga estática con punto de trabajo Q del transistor bipolar - Electrónica Unicrom
La tercera ecuación de (1.17) define la recta de carga obtenida al aplicar KVL al circuito de polarización, de forma que
Aplicando la ley de Kirchoff de tensiones al circuito de polarización del transistor bipolar - Electrónica Unicrom
Para dibujar esta recta de una manera sencilla en el plano (VCE, IC) del transistor se selecciona dos puntos: a) VCE=0, entonces IC=VCC/RC; b) IC=0, entonces VCE=VCC. Estos puntos se pueden identificar en la figura1.8.b y representan los cortes de la recta de carga estática con los ejes de coordenadas.
Una de las primeras decisiones relacionadas con la polarización de un transistor es seleccionar la situación del punto Q. La selección más práctica es situarle en la mitad de la recta de carga estática para que la corriente de colector sea la mitad de su valor máximo, condición conocida como excursión máxima simétrica.
Evidentemente esta es una condición de diseño que asegurará el máximo margen del punto Q a incrementos de cualquier signo de la intensidad de colector. Sin embargo, hay muchas otras condiciones de operación del transistor que exige un desplazamiento de Q en uno u otro sentido. En estos casos la situación del punto Q estará definida por las diferentes restricciones.

1.4.1 Potencia de disipación estática máxima (PCMAX)

Un transistor de unión polarizado tiene unas tensiones y corrientes en sus terminales que le hacen disipar energía.
Esta potencia de disipación se puede obtener aplicando la definición de potencia absorbida por un elemento tri-terminal, que en caso del transistor, se expresa como:
Potencia disipada en un transistor - Electrónica Unicrom
Debido a que generalmente la IB<<<IC y la VBE<<VCE, el primer término de esta ecuación es despreciable frente al segundo, resultando que
Potencia disipada en un transistor (formula simplificada) - Electrónica Unicrom
Esta ecuación representa a una hipérbola en el plano (VCE, IC) de las curvas características del transistor. El fabricante proporciona como dato la potencia de disipación máxima de un transistor; como ejemplo, el BC547 tiene una PCMAX=500mW.
En la figura 1.8.b se representa la hipérbola de potencia máxima de un transistor. Es preciso que el punto del trabajo Q esté por debajo de esa curva ya que sino el transistor se dañaría por efecto Joule.
Curva de la hipérbola de máxima disipación de potencia en un transistor - Electrónica Unicrom
Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES

 


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Intrinsic Semiconductor

A silicon crystal is different from an insulator because at any temperature above absolute zero temperature, there is a finite probability that an electron in the lattice will be knocked loose from its position, leaving behind an electron deficiency called a "hole".

If a voltage is applied, then both the electron and the hole can contribute to a small current flow.
The conductivity of a semiconductor can be modeled in terms of the band theory of solids. The band model of a semiconductor suggests that at ordinary temperatures there is a finite possibility that electrons can reach the conduction band and contribute to electrical conduction.
The term intrinsic here distinguishes between the properties of pure "intrinsic" silicon and the dramatically different properties of doped n-type or p-type semiconductors.



Semiconductor Current


Both electrons and holes contribute to current flow in an intrinsic semiconductor.

Semiconductor Current

The current which will flow in an intrinsic semiconductor consists of both electron and hole current. That is, the electrons which have been freed from their lattice positions into the conduction band can move through the material.
 
In addition, other electrons can hop between lattice positions to fill the vacancies left by the freed electrons. This additional mechanism is called hole conduction because it is as if the holes are migrating across the material in the direction opposite to the free electron movement.
 
The current flow in an intrinsic semiconductor is influenced by the density of energy states which in turn influences the electron density in the conduction band. This current is highly temperature dependent.
 

Electrons and Holes

In an intrinsic semiconductor like silicon at temperatures above absolute zero, there will be some electrons which are excited across the band gap into the conduction band and which can produce current. When the electron in pure silicon crosses the gap, it leaves behind an electron vacancy or "hole" in the regular silicon lattice. Under the influence of an external voltage, both the electron and the hole can move across the material. In an n-type semiconductor, the dopant contributes extra electrons, dramatically increasing the conductivity. In a p-type semiconductor, the dopant produces extra vacancies or holes, which likewise increase the conductivity. It is however the behavior of the p-n junction which is the key to the enormous variety of solid-state electronic devices.
 
 

Nombre: Lenny Ramirez
Asignatura:EES


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