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.

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.

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 

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).

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 

---

Get news, entertainment and everything you care about at Live.com. Check it out!

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

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:

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.

La tercera ecuación de (1.17) define la recta de carga obtenida al aplicar KVL al circuito de polarización, de forma que

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:

Debido a que generalmente la IB<<<IC y la VBE<<VCE, el primer término de esta ecuación es despreciable frente al segundo, resultando que

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.

Fuente: http://www.unicrom.com/Tut_concepto_punto_trabajo_transistor_bipolar.asp

Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES

 

---

Connect to the next generation of MSN Messenger  Get it now!

Active Versus Passive Devices

Electronic components are classed into either being Passive devices or Active devices. Active devices are different from passive devices. These devices are capable of changing their operational performance, may deliver power to the circuit, and can perform interesting mathematical functions. While a device that does not require a source of energy for its operation.

What are Active Devices?

An active device is any type of circuit component with the ability to electrically control electron flow (electricity controlling electricity). In order for a circuit to be properly called electronic, it must contain at least one active device. Active devices include, but are not limited to, vacuum tubes, transistors, silicon-controlled rectifiers (SCRs), and TRIACs.
All active devices control the flow of electrons through them. Some active devices allow a voltage to control this current while other active devices allow another current to do the job. Devices utilizing a static voltage as the controlling signal are, not surprisingly, called voltage-controlled devices. Devices working on the principle of one current controlling another current are known as current-controlled devices. For the record, vacuum tubes are voltage-controlled devices while transistors are made as either voltage-controlled or current controlled types. The first type of transistor successfully demonstrated was a current-controlled device.

What are Passive Devices?

Components incapable of controlling current by means of another electrical signal are called passive devices. Resistors, capacitors, inductors, transformers, and even diodes are all considered passive devices.
Passive devices are the resistors, capacitors, and inductors required to build electronic hardware. They always have a gain less than one, thus they can not oscillate or amplify a signal. A combination of passive components can multiply a signal by values less than one, they can shift the phase of a signal, they can reject a signal because it is not made up of the correct frequencies, they can control complex circuits, but they can not multiply by more than one because they lack gain.

 

Diodes

Diodes are basically a one-way valve for electrical current. They let it flow in one direction (from positive to negative) and not in the other direction. Most diodes are similar in appearance to a resistor and will have a painted line on one end showing the direction or flow (white side is negative). If the negative side is on the negative end of the circuit, current will flow. If the negative is on the positive side of the circuit no current will flow. More on diodes in later sections.

 

Integrated Circuits

Integrated Circuits, or ICs, are complex circuits inside one simple package. Silicon and metals are used to simulate resistors, capacitors, transistors, etc. It is a space saving miracle. These components come in a wide variety of packages and sizes. You can tell them by their "monolithic shape" that has a ton of "pins" coming out of them. Their applications are as varied as their packages. It can be a simple timer, to a complex logic circuit, or even a microcontroller (microprocessor with a few added functions) with erasable memory built inside.

 

 

First Transistor

Transistors

A transistor is a semiconductor device, commonly used as an amplifier or an electrically controlled switch. The transistor is the fundamental building block of the circuitry in computers, cellular phones, and all other modern electronic devices.
Because of its fast response and accuracy, the transistor is used in a wide variety of digital and analog functions, including amplification, switching, voltage regulation, signal modulation, and oscillators. Transistors may be packaged individually or as part of an integrated circuit, some with over a billion transistors in a very small area - part of a trend of increasing transistor density known as Moore's Law.
Transistor stands for transit resistor, the temporary name, now permanent, that the inventors gave it. These semidconductors control the electrical current flowing between two terminals by applying voltage to a third terminal. You now have a minature switch, presenting either a freeway to electrons or a brick wall to them, depending on whether a signal voltage exists. Bulky mechanical relays that used to switch calls, like the crossbar shown above, could now be replaced with transistors. There's more.
Transistors amplify when built into a proper circuit. A weak signal can be boosted tremendously. Let's say you have ten watts flowing into one side of the transistor. Your current stops because silicon normally isn't a good conductor. You now introduce a signal into the middle of the transistor, say, at one watt. That changes the transistor's internal crystalline structure, causing the silicon to go from an insulator to a conductor. It now allows the larger current to go through, picking up your weak signal along the way, impressing it on the larger voltage. Your one watt signal is now a ten watt signal.
Transistors use the properties of semi-conductors, seemingly innocuous materials like geranium and now mostly silicon. Materials like silver and copper conduct electricity well. Rubber and porcelain conduct electricity poorly. The difference between electrical conductors and insulators is their molecular structure, the stuff that makes them up. Weight, size, or shape doesn't matter, it's how tightly the material holds on to its electrons, preventing them from freely flowing through its atoms.

Fuente: http://hubpages.com/hub/Active-Passive-Devices
Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES

---

Invite your mail contacts to join your friends list with Windows Live Spaces. It's easy! Try it!

Características y Modos de Operacion del BJT

Características del transistor bipolar o BJT

1.1.- Introducción

El transistor es un dispositivo que ha originado una evolución en el campo electrónico. En este tema se introducen las principales características básicas del transistor bipolar y FET y se estudian los modelos básicos de estos dispositivos y su utilización en el análisis los circuitos de polarización.

Polarizar un transistor es una condición previa a muchas aplicaciones lineales y no-lineales ya que establece las corrientes y tensiones en continua que van a circular por el dispositivo.

Figura 1.1. Símbolos y sentidos de referencia para un transistor bipolar a) NPN y b) PNP.

1.2.- Corrientes en un transistor de unión o BJT

Un transistor bipolar de unión esta formado por dos uniones pn en contraposición. Físicamente, el transistor esta constituido por tres regiones semiconductoras -emisor, base y colector- siendo la región de base muy delgada (< 1µm).

El modo normal de hacer operar a un transistor es en la zona directa. En esta zona, los sentidos de las corrientes y tensiones en los terminales del transistor se muestran en la figura 1.1.a para un transistor NPN y en la figura 1.1.b a un PNP. En ambos casos se verifica que:

y

Ebers y Moll desarrollaron un modelo que relacionaba las corrientes con las tensiones en los terminales del transistor. Este modelo, conocido como modelo de Ebers-Moll, establece las siguientes ecuaciones generales que, para un transistor NPN, son: α_F = 0.99, α_R= 0.66, IES = 10^-15A, ICS = 10^-15A

donde IES y ICS representan las corrientes de saturación para las uniones emisor y colector, respectivamente, aF el factor de defecto y aR la fracción de inyección de portadores minoritarios. En un transistor bipolar PNP, las ecuaciones de Ebers-Moll son:

Para un transistor ideal, los anteriores cuatro parámetros están relacionados mediante el teorema de Reciprocidad

Valores típicos de estos parámetros son:


Figura 1.2. Zonas de operación de un transistor en la región directa.

Unión de emisor	Unión de colector	Modo de operación
Directa	Inversa	Activa directa
Inversa	Directa	Activa inversa
Inversa	Inversa	Corte
Directa	Directa	Saturación

Tabla 1.1. Principales modos de operacion de un transistor bipolar

1.3.- Modos de operación de un transistor bipolar

En general, los transistores bipolares de circuitos analógicos lineales están operando en la región activa directa.

En esta región existe cuatro zonas de operación definidas por el estado de las uniones del transistor (Tabla 1.1): saturación, lineal, corte y ruptura; estas zonas se indican claramente en la figura 1.2 que representa las zonas de operación de un transistor.

A continuación se describe las características del transistor en estos modos de operación considerando el transistor NPN únicamente; similar resultado puede ser aplicado a transistores PNP.

Región activa lineal

En la región activa lineal, la unión emisor-base está directamente polarizada y la unión base-colector inversamente polarizada; la VBE está comprendida entre 0.4 V y 0.8 V (valor típico de 0.7 V) y la VBC > 100mV.

En estas condiciones, las ecuaciones de Ebers-Moll se pueden aproximar a:

Operando con estas ecuaciones, se obtiene una relación entre ambas intensidades de forma que: donde: Sustituyendo la ecuación 1.1 en 1.7, resulta: siendo: ßF, es la ganancia en corriente en continua del transistor que en las hojas de características del fabricante se representa por hFE. Este parámetro es muy importante en un transistor de unión y define la relación entre las corrientes de colector y base. Al ser ICO una corriente muy baja, el segundo término de la ecuación (1.9) puede ser despreciado frente al primero. Como resultado, se obtiene una relación muy utilizada para analizar transistores que operen en esta región La ecuación (1.11) indica que en la región activa lineal la relación entre las corrientes de colector y base es constante. Sin embargo, en la práctica la hFE de los transistores varía hasta en un 500% debido principalmente a tres factores: 1) Proceso de fabricación. Los transistores sufren variaciones en el proceso de fabricación que modifican sus características. El fabricante asigna un valor típico (typ) a ese transistor con un rango de valores comprendido entre un máximo (max) y un mínimo (min). Por ejemplo, el BC547B tiene, para una IC=2mA, una hFE(min)=200, hFE(typ)=290 y hFE(max)=450. 2) Corriente de colector. La hFE varía también con la corriente de colector. El fabricante proporciona curvas de características que permiten obtener la hFE para diferentes IC. En la figura 1.3 se muestra una de estas curvas que incluye el valor típico de la hFE con un rango de valores máximo y mínimo. 3) Temperatura. La dependencia de la hFE con la temperatura se puede observar en las gráficas que proporciona el fabricante para tal fin. En la figura 1.4 se describe diferentes curvas normalizadas a 25º de hFE para temperaturas de -55ºC y 175ºC. Región de corte En la región de corte las uniones de emisor y colector están polarizadas en inversa; la VBE y la VBC tienen tensiones inferiores a 100mV. En estas condiciones, las ecuaciones de Ebers-Moll pueden ser simplificadas a: Estas corrientes son extremadamente bajas y pueden ser despreciadas; a efectos prácticos se puede considerar al transistor como si no existiese. Sin embargo, en muchos circuitos resulta interesante establecer cuando se dan las condiciones de conducción de un transistor, es decir, fijar la frontera entre la región de corte y lineal. Esta frontera no es clara y el transistor pasa de una región a otra de una manera gradual. Es decir, el transistor está en la región lineal cuando tiene corrientes significativas en sus terminales y está en corte cuando esas corrientes son muy bajas. Normalmente, se asigna una VBE umbral (VBEy) a partir de la cual las corrientes tienen un valor suficientemente alto; esta VBEy suele estar comprendida entre 0.4 y 0.5 V. En la figura 1.5 se muestra gráficamente la relación entre la VBE y la IC en donde se puede observar como por debajo de 0.58 V (typ) la corriente de colector es de bajo valor (<100µ). Región de saturación En la región de saturación las uniones de emisor y colector están polarizadas en directa; la VBE y la VBC tienen tensiones superiores 100mV. En estas condiciones, las ecuaciones de Ebers-Moll quedan reducidas a La caída de tensión entre el colector y emisor es muy baja debido a que ambas uniones pn se encuentran directamente polarizadas. De esta manera, se verifica que siendo, de 1.13, Los valores típicos de la VCE(sat) están próximos a 0.1 o 0.2 V y la VBE(sat) es ligeramente superior a la de la región lineal (˜0.8 V). El transistor está operando con una relación ßF(sat)=IC/IB variable e inferior a la ßF de la región lineal. En la figura 1.6 aparece una curva típica que proporciona el fabricante relacionando la VCE(sat) con la IC realizada con una ßF(sat)=20. La VCE(sat) está comprendida entre 70mV y 200mV, y por ello, en muchos circuitos se considera prácticamente 0V. En esta región el transistor se comporta de una manera no lineal. Región de ruptura Las tensiones máximas que pueden soportar las uniones pn inversamente polarizadas se denominan tensiones de ruptura. Cuando se alcanza estas tensiones existe peligro de ruptura del transistor debido a dos fenómenos: ruptura por avalancha y ruptura por perforación. El fabricante proporciona dos tensiones máximas (VCEO, VCES) que limitan de alguna manera las tensiones máximas de polarización en continua los transistores. La VCEO define la tensión máxima entre el colector y emisor, estando la base en circuito abierto, antes de que se produzca fenómenos de multiplicación de avalancha que incrementa exponencialmente la ICO a través de la unión de colector. La VCES define la tensión máxima del colector, estando la base en cortocircuitada al emisor, antes de que la anchura de la región de transición alcance el emisor perforando la región de base. Gráficamente, en la figura 1.7 se muestra la definición de ambas tensiones. Por ejemplo, el transistor BC547 tiene VCES=50 V y VCEO=45 V, y son éstas tensiones las que limitan las propias tensiones máximas de alimentación. Zona inversa En la región inversa los terminales colector y emisor se intercambian, es decir, el emisor hace la función de colector y viceversa. Las curvas eléctricas son muy similares a las indicadas en la figura 1.2 aunque las prestaciones del transistor sufren una gran disminución al carecer de simetría; el colector está menos dopado y tiene mayor tamaño que el emisor. El efecto más importante es la disminución de la ganancia en corriente en continua que pasa a tener valores altos (p.e., ßF=200) en la región directa lineal a valores bajos (p.e., ßI=2) en la región inversa lineal.

Fuente: http://www.unicrom.com/Tut_caracteristicas_transistor_bipolar.asp


Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES

---

Explore the seven wonders of the world Learn more!

Los físicos crean el transistor

Los físicos crean el transistor

El desarrollo de la electrónica y de sus múltiples aplicaciones fue posible gracias a la invención del transistor, ya que este superó ampliamente las dificultades que presentaban sus antecesores, las válvulas. En efecto, las válvulas, inventadas a principios del siglo XX, habían sido aplicadas exitosamente en telefonía como amplificadores y posteriormente popularizadas en radios y televisores. Sin embargo, presentaban inconvenientes que tornaban impracticables algunas de las aplicaciones que luego revolucionarían nuestra sociedad del conocimiento. Uno de sus mayores inconvenientes era que consumían mucha energía para funcionar. Esto provenía del hecho de que en las válvulas se calienta eléctricamente un filamento (cátodo) para que emita electrones que luego son colectados en un electrodo (ánodo), estableciéndose así una corriente eléctrica. Luego, por medio de un pequeño voltaje (frenador) aplicado entre una grilla y el cátodo se logra el efecto amplificador, controlando el valor de la corriente, de mayor intensidad, entre cátodo y ánodo. El filamento no sólo consumía mucha energía, sino que también solía quemarse, o las vibraciones lograban romperlo, por lo que las válvulas terminaban resultando poco confiables. Además, como era necesario evitar la oxidación del filamento incandescente, la válvula estaba conformada por una carcasa de vidrio, que contenía un gas inerte o vacío, haciendo que el conjunto resultara muy voluminoso.

Los transistores, desarrollados en 1947 por los físicos W. Shockley, J. Bardeen y W. Brattain, resolvieron todos estos inconvenientes y abrieron el camino que, junto con otras invenciones –como la de los circuitos integrados– potenciarían el desarrollo de las computadoras. Y todo a bajos voltajes, sin necesidad de disipar energía (como era el caso del filamento), en dimensiones reducidas y sin partes móviles o incandescentes que pudieran romperse.

Comparación entre las válvulas y antiguos transistores individuales de germanio.

Esquema del triodo (válvula) donde se detallan sus distintos componentes.

Los transistores se basan en las propiedades de conducción eléctrica de materiales semiconductores, como el silicio o el germanio. Particularmente el transporte eléctrico en estos dispositivos se da a través de junturas, conformadas por el contacto de materiales semiconductores donde los portadores de carga son de distintos tipos: huecos (tipo P) o electrones (tipo N). Las propiedades de conducción eléctrica de las junturas se ven modificadas dependiendo del signo y de la magnitud del voltaje aplicado, donde, en definitiva, se reproduce el efecto amplificador que se obtenía con las válvulas: operando sobre una juntura mediante un pequeño voltaje se logra modificar las propiedades de conducción de otra juntura próxima que maneja un voltaje más importante.

Fotografía del primer transistor realizado por físicos W. Shockley, J. Bardeen y W. Brattain en diciembre de 1947. Tomada de www.bellsystemmemorial.com/belllabs_transistor.html

Los diez años posteriores a la invención del primer transistor vieron enormes adelantos en este campo:

• 
  
  
  se inventaron distintos tipos de transistores (de punto, de juntura, de campo), basados en distintas propiedades básicas;
  
  
  
• 
  
  
  se emplearon distintos materiales, inicialmente el germanio (1948) y posteriormente el silicio (1954), que domina la industria semiconductora de la actualidad;
  
  
  
• 
  
  
  se logró construir una gran cantidad de transistores, otros elementos y los circuitos para acoplarlos directamente sobre una oblea de silicio, a lo que se le dio el nombre de circuito integrado (1958).

En estos primeros circuitos integrados, los transistores tenían dimensiones típicas de alrededor de 1 cm. En 1971 el microprocesador de Intel 4004 tenía unos 2000 transistores, mientras que hoy en día, un Pentium IV tiene unos 10 millones de transistores, con dimensiones típicas de alrededor de 0.00001 cm. Desde 1970, cada año y medio aproximadamente, las dimensiones de los transistores se fueron reduciendo a la mitad (ley de Moore). Si se los hace aún más pequeños dejarán de funcionar como esperamos, ya que empezarán a manifestarse las leyes de la mecánica cuántica. Para seguir progresando, deberá entonces concebirse una nueva generación de microprocesadores basados en las propiedades que la materia manifiesta en las escalas nanométricas.

Todos estos desarrollos respondieron en cada caso al intento de resolver un problema concreto atacado tanto del punto de vista teórico como experimental. Muchos de los físicos que participaron en esta aventura del transistor y en sus desarrollos posteriores dieron lugar al nacimiento de nuevas invenciones (y de empresas como Texas Instruments, Intel y AMD) que hoy día dominan la escena en la que se desarrollan las TIC.

Fuente: http://aportes.educ.ar/fisica/nucleo-teorico/influencia-de-las-tic/el-poder-de-la-informacion-i-las-piedras-fundamentales/los_fisicos_crean_el_transisto.php


Nombre: Sthefany Raga Asignatura: EES

---

Explore the seven wonders of the world Learn more!

The PN Junction

The PN Junction

We've seen that it is possible to turn a crystal of pure silicon into a moderately good electrical conductor by adding an impurity such as arsenic or phosphorus (for an N-type semiconductor) or aluminum or gallium (for a P-type semiconductor). By itself, however, a single type of semiconductor material isn't very useful. Useful applications start to happen only when a single semiconductor crystal contains both P-type and N-type regions. Here we will examine the properties of a single silicon crystal which is half N-type and half P-type.

Consider the silicon crystal represented to the right. Half is N-type while the other half is P-type. We've shown the two types separated slightly, as if they were two separate crystals. The free electrons in the N-type crystal are represented by small black circles with a "-" sign inside to indicate their polarity. The holes in the P-type crystal are shown as small white circles with a "+" inside.

In the real world, it isn't possible to join two such crystals together usefully. Therefore, a practical PN junction can only be created by inserting different impurities into different parts of a single crystal. So let's see what happens when we join the N- and P-type crystals together, so that the result is one crystal with a sharp boundary between the two types.

You might think that, left to itself, it would just sit there. However, this is not the case. Instead, an interesting interaction occurs at the junction. The extra electrons in the N region will seek to lose energy by filling the holes in the P region. This leaves an empty zone, or depletion region as it is called, around the junction as shown to the right. This action also leaves a small electrical imbalance inside the crystal. The N region is missing some electrons so it has a positive charge. Those electrons have migrated to fill holes in the P region, which therefore has a negative charge.

This electrical imbalance amounts to about 0.3 volt in a germanium crystal, and about 0.65 to 0.7 volt in a silicon crystal. This will vary somewhat depending on the concentration of the impurities on either side of the junction.

Unfortunately, it is not possible to exploit this electrical imbalance as a power source; it doesn't work that way. However, we can apply an external voltage to the crystal and see what happens in response. Let's take a look at the possibilities.

Suppose we apply a voltage to the outside ends of our PN crystal. We have two choices. In this case, the positive voltage is applied to the N-type material. In response, we see that the positive voltage applied to the N-type material attracts any free electrons towards the end of the crystal and away from the junction, while the negative voltage applied to the P-type end attracts holes away from the junction on this end. The result is that all available current carriers are attracted away from the junction, and the depletion region grows correspondingly larger. There is no current flow through the crystal because all available current carriers are attracted away from the junction, and cannot cross. (We are here considering an ideal crystal -- in real life, the crystal can't be perfect, and some leakage current does flow.) This is known as reverse bias applied to the semiconductor crystal.

 

Here the applied voltage polarities have been reversed. Now, the negative volatge applied to the N-type end pushes electrons towards the junction, while the positive voltage at the P-type end pushes holes towards the junction. This has the effect of shrinking the depletion region. As the applied voltage exceeds the internal electrical imbalance, current carriers of both types can cross the junction into the opposite ends of the crystal. Now, electrons in the P-type end are attracted to the positive applied voltage, while holes in the N-type end are attracted to the negative applied voltage. This is the condition of forward bias.

Because of this behavior, an electrical current can flow through the junction in the forward direction, but not in the reverse direction. This is the basic nature of an ordinary semiconductor diode.

It is important to realize that holes exist only within the crystal. A hole reaching the negative terminal of the crystal is filled by an electron from the power source and simply disappears. At the positive terminal, the power supply attracts an electron out of the crystal, leaving a hole behind to move through the crystal toward the junction again.

In some literature, you might see the N-type connection designated the cathode of the diode, while the P-type connection is called the anode. These designations come from the days of vacuum tubes, but are still in use. Electrons always move from cathode to anode inside the diode.

One point that needs to be recognized is that there is a limit to the magnitude of the reverse voltage that can be applied to any PN junction. As the applied reverse voltage increases, the depletion region continues to expand. If either end of the depletion region approaches its electrical contact too closely, the applied voltage has become high enough to generate an electrical arc straight through the crystal. This will destroy the diode.

It is also possible to allow too much current to flow through the diode in the forward direction. The crystal is not a perfect conductor, remember; it does exhibit some resistance. Heavy current flow will generate some heat within that resistance. If the resulting temperature gets too high, the semiconductor crystal will actually melt, again destroying its usefulness.

Always be careful to pay attention to the maximum specifications of a diode, and be sure to keep the operating conditions of the diode well within the indicated limits.

Fuente: http://www.play-hookey.com/semiconductors/pn_junction.html
Nombre: Sthefany Raga
Asignatura: EES

---

Discover the new Windows Vista Learn more!