Práctica 3 transistor

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Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez
Nanotecnología
INTM21
Practica #3
Transistor
Alejandro Castañeda Sáenz
13320518
Cd. Juárez, Chih. A 26 de Marzo del 2014
Marco Teórico: Los transistores son un dispositivo electrónico que contiene tres zonas semiconductores juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones. El transistor esta compuesto generalmente de silicio y se encuentra en 2 tipos: NPN o PNP.
Los transistores amplifican corriente, por ejemplo pueden ser usados para amplificar la pequeña corriente de salida de un circuito integrado (IC) lógico de tal forma que pueda manejar una bombilla, etc.
Un transistor es similar a los diodos, el transistor tiene dos uniones: una entre el emisor y la base y la otra entre la base y el colector. El emisor y la base forman uno de los diodos, mientras que el colector y la base forman el otro. Estos diodos son denominados: "Diodo de emisor" y "Diodo de colector”.
El transistor dispone de 3 factores:
·  EMISOR: Es el que emite los portadores de corriente,(huecos o electrones). Su labor es la equivalente al cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas. 
· BASE: Controla el flujo de los portadores de corriente. Su labor es la equivalente a la rejilla cátodo en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas. 
· COLECTOR: Capta los portadores de corriente emitidos por el emisor. Su labor es la equivalente a la placa en los tubos de vacío o "lámparas" electrónicas.
Objetivo: Que el alumno observe, construya y determine el funcionamiento de un transistor casero.
Introducción: Cuando el interruptor del transistor está abierto no circula intensidad por la base de este por lo que el dispositivo no encenderá, ya que toda la tensión se encuentra entre el colector y el emisor, mientras que cuando se cierra el interruptor, una intensidad muy pequeña circulará por la base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre colector y emisor por lo que pasará una intensidad muy grande, haciendo que el dispositivo encienda.
Material:	
1 Papel (Puede ser una hoja de cuaderno, hoja de maquina, etc)
1 Lápiz
1 LED (20 mA)
4 Alambres
1 Cinta adhesiva
1 Batería o fuente de poder (6 o 12 V)
Procedimiento:
1. En una hoja de papel con ayuda de un lápiz dibujar una figura en forma de transistor.
2. Trazar una linea externa usando el lápiz. 
3. Usando el lápiz llenar el espacio vacío de la figura pasando varias veces el lápiz, hasta que se obtenga una reflexión. 
4. Conectar un cable a el polo negativo de la bateria y con la cinta adhesiva pegarlo al emisor del transistor dibujado. 
5. Pegar el catodo del LED al colector del dibujo y el anodo del LED a el cable positivo que sale de la bateria. 
6. Sacar una extension de la parte positiva de la bateria y conectarla a la base del dibujo, pero sin pegarlo con cinta adhesiva, si no mas bien colocando y retirando el cable de la base.
Observaciones:
Durante el desarrollo de esta practica, se “construyo” un transistor casero. En nuestro caso se elaboro con una hoja de papel ya que el fin de la practica era probar el principio de funcionamiento del transistor.
La manera de hacer fue por medio de un LED, la función era que una batería o fuente de poder que alcanzara 6 V encendiera el LED y por medio del transistor dibujado en la hoja de papel funcionara como interruptor y así encendiera y apagara el LED.
El método en un principio parece y bueno en realidad es muy sencillo pero hubo un par de complicaciones a la hora de probar el transistor.
La base de esta practica es el grafito ya que este es el que nos va a servir de base para probar el funcionamiento del transistor, debido a que es un excelente conductor de electricidad.
Primeramente se empezó por dibujar con grafito en una hoja de papel el circuito de un transistor, colocando una base, un emisor y un colector. Después se paso a rellenar el dibujo con el mismo grafito y remarcando todo hasta poder lograr en el dibujo una superficie reflejante o como con un color plateado, para poder tener una buena conducción.
Después de esto se paso ha conectar el LED a la batería y claro después de conectarlo a la hoja de papel donde estaba el transistor.
Hubo algunos problemas con la fuente de poder ya que le faltaba un fusible el cual era el del regulador de voltaje y solo se alcanzaban 5 V.
Una vez conectado el LED a la batería (positivo/ánodo), el LED se conecto a el colector (cátodo), y del mismo polo positivo de la fuente se conecto otro cable el cual iría a la base del transistor, mientras que el polo negativo de la fuente se conecto a el emisor.
A la hora de haber conectado todo se produjo la primera prueba de funcionamiento, y el resultado fue que el LED no encendía. Se pensó en diferentes factores los cuales pudieran afectar que el LED no encendiera, tales como: Que la fuente no daba el suficiente poder de voltaje o amperaje, que no estuviera bien hecho el transistor en la hoja de papel, o que faltara algún elemento extra en las conexiones.
Uno de los intentos que se hizo fue cambiar la fuente de poder y ajustarla a 7 V lo cual no funciono, después se paso a intercambiar conexiones entre el colector y el emisor y ninguna solución funciono.
Al final se decidió por usar una barra de grafito como conductor colocando en una esquina el ánodo del LED y en la otra el negativo de la fuente de poder; mientras que el otro positivo al centro, lo cual dio como resultado que el LED encendiera y apagara.
En base a esto se llego a un resultado el cual era que la hoja de papel no tenia el suficiente grafito para poder conducir la electricidad, ya que como mencione la hoja debía tener un color plateado casi reflejante el cual no se tenia, por lo que se opto por la barra de grafito y funciono perfectamente.
Ahora, como es que el transistor, en este caso el grafito, funciono como interruptor.
Primeramente se tienen 2 tipos de interruptores cerrados y abiertos. El transistor funciona como interruptor cerrado cuando se aplica una corriente a la base, mientras que cuando no se aplica una corriente a la base es un interruptor abierto.
Diagrama de FlujoDibujar un transistor
Rellenar el dibujo con el lápiz
	
Conectar el cable negativo a el emisor
Conectar el LED a el transistor y a el positivo de la bateria
Conectar el positivo a la base del transistor
Tipos de Transistores
· Transistores Bipolares de unión, BJT. ( PNP o NPN )
El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participan en el proceso de inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.
· Transistores de efecto de campo. ( JFET, MESFET, MOSFET )
· JFET: De efecto de campo de unión (JFET): También llamado transistor unipolar, fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica.
· MESFET: transistores de efecto de campo metal semiconductor.
· MOSFET: transistores de efecto de campo de metal-oxido semiconductor. En estos componentes, cada transistor es formado por dos islas de silicio, una dopada para ser positiva, y la otra para ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, un electrodo de metal.
· Transistores HBT y HEMT.                                          
Las siglas HBT y HEMT pertenecen a las palabras Heterojuction Bipolar Transistor (Bipolar de Hetereoestructura) y Hight Electrón Mobility Transistor (De Alta Movilidad). 
Son dispositivos de 3 terminales formados por la combinación de diferentes componentes, con distinto salto de banda prohibida
El transistor funciona como amplificador cuando por medio de una pequeña corriente aplicada a la base se gobierna otra mucho mas intensa entre colector y emisor, esto significa que pequeñas corrientes se pueden transformar en otras mas fuertes.
Sabías que?
Un transistor tiene un tamaño de 22 nanometros?
Existen 2 tipos de transistores, tipo NPN y tipo PNP?
Los transistores se inventaronen 1951?
Gracias al invento del transistor se descubrieron los circuitos integrados?
Conclusión
A manera de conclusión puedo decir que el transistor es un invento demasiado gratificante, ya que nos permite por ejemplo amplificar la corriente o nos ayuda como un interruptor que permite pasar o corta las señales de eléctricas provenientes. También que este dispositivo ha sido y es muy importante en el área de la tecnología ya que la mayoría de los dispositivos electrónicos por no decir todos contienen transistores que permiten un buen funcionamiento.
Por ultimo pienso que se pueden hacer muchas mejoras a los transistores hoy en día que funcionan en base a un semiconductor y claro tratar de reducir el tamaño de estos para implementarlos de mejor manera.
Referencias Electrónicas
http://www.electronicafacil.net/tutoriales/El-transistor.php
http://www.instructables.com/id/how-to-make-paper-transistor/
http://platea.pntic.mec.es/~jalons3/SEMICON/htm/apltra.htm
http://leelo.co/¿qué-es-una-célula-solar—monocristalino-policristalino%3F_f9922.html
http://www.wisegeek.com/what-are-the-different-types-of-thin-film-coatings.htm
http://www.wisegeek.com/what-are-the-different-types-of-thin-film-devices.htm
http://boletines.secv.es/upload/199433245.pdf
Descripción y Tipos de Películas
Las películas delgadas son estructuras solidas de 2 dimensiones las cuales pueden ir en un espesor desde 0.1 µm hasta 300 µm. Las películas delgadas son estructuras sólidas, tan delgadas que se puede despreciar muchos efectos físicos en su grosor. 
Casi todas las películas delgadas interactuan con las ondas, por lo cual su grosor debe ser del orden de la longitud de onda con la que interaccióna.
Para la elaboración de pelucas delgadas se puede utilizar casi cualquier tipo de material, entre los cuales se pueden mencionar metales, óxidos metálicos y sustancias orgánicas.
Las películas delgadas son importantes porque permiten ahorrar energía, son muy compactas, ligeras y debido a que se desprecia una dimensión son más fáciles de caracterizar físicamente.
Existen varios tipos de películas delgadas entre los que destacan los dispositivos de películas delgadas y los recubrimientos de películas delgadas.
Existen numerosos tipos de dispositivos de películas delgadas pero se usa mayormente en el área de la óptica y semiconductores. 
En esta área de la óptica las películas delgadas son utilizadas para la elaboraron de diferentes filtros ópticos. Estos filtros se usan comúnmente en la fotografía, telescopios y microscopios, ademas estas películas son depositadas en filtros de vidrio o plástico los cuales tienen la aplicación de cambiar las propiedades de la luz que pasa a través de ellos.
También estas los semiconductores a partir de películas delgadas, los cuales conducen bajos niveles de corriente eléctrica. Dispositivos como estos son utilizados en los campos de microelectrónica, micro-circuitos y circuitos integrados.
Un artefacto que esta hecho a partir de películas delgadas y que la gente esta relacionada con el son los espejos. Varios espejos estas hechos de una película delgada de una sustancia reflectiva, como lo es el aluminio, que es adherido al substrato del vidrio.
Otro tipo de dispositivo de película delgada son las celdas solares de tintes-sensibilizado. Estas celdas solares utilizan un semiconductor con una película delgada que contiene un tinte que es sensible a la radiación del sol. Cuando el tinte absorbe fotones, crea una arfa eléctrica que pasa a través del semiconductor, transfiriendo la energía a una batería que es adherida a la celda solar.
En cuanto a los recubrimientos de películas delgadas, estos están hechos de componentes dieléctricos, metálicos y óxidos, que son utilizados en la industria de los semiconductores, la milicia, y en aplicaciones ópticas.
El proceso de manufactura incluye deposición física por vapor, deposición por sputtering, o deposición química de vapor.
Semiconductores monocristalinos y policristalinos
Las diferencias entre estos 2 tipos de semiconductores es muy sencilla, el monocristalino es en base a 1 solo cristal o silicio puro, ya que estos son utilizados para la elaboración de celdas solares. En cambio el policristalino igual se elabora a partir del silicio pero esta es en base a un cristal multifacético, es decir, un cristal que ha crecido en multiples direcciones. 
En cuestión de eficiencia es mejor el monocristalino ya que como esta elaborado a partir de 1 solo cristal o de una partícula es mas grande que el policristalino, ademas crea un modulo mucho mas grande. Eso si el proceso es mas caro que si fuera un policristalino.
Hablando de rendimiento es de igual manera mejor el monocristalino ya que utiliza de un 15% - 18% de rendimiento, mientras que los policristalinos utilizan un 12% y 15%.
En cuanto a las estructuras, el monocristalino ocupa una estructura cristalina uniforme, en cuanto a el policristalino ocupa una estructura ubicada arbitrariamente, es decir, que no sea uniforme, lo que coacciona la perdida de eficiencia.
Procesos de Fabricación
Es necesario tener en cuenta el rango de espesores que se obtiene con cada tipo de técnica. Según su valor estaremos ante una técnica de película delgada o gruesa.
Existen numerosas técnicas para la elaboración de películas delgadas, y van desde métodos físicos, químicos, físico-químicos.
Métodos Físicos
· Evaporación (al vacío, reactiva, por haces de electrones).
· Epitaxia de haces moleculares (MBE, Molecular Beam Epitaxy).
Métodos Físico-químicos
· Sputtering (de diodo, reactivo, de polarización, magnético).
· Procesos de plasma (multimagnético, MIBERS, ECR, ablación).
· Procesos térmicos de formación (oxidación, nitruración, polimerización, etc.)
Métodos Químicos en Fase Gaseosa
· Deposición química en fase vapor (CVD) (MOCVD, APCVD, LPCVD, PHCVD, LCVD, PECVD).
· Epitaxia en fase vapor (VPE, Vapour Phase Epitaxy). Implantación iónica.
Métodos Químicos en Fase Líquida
- Electrodeposición (anelectrolítica, anodización, por desplaza- miento, por reducción, electroforética).
· Epitaxia en fase líquida (LPE, Liquid Phase Epitaxy). 
· Técnicas mecánicas (inmersión, centrifugación, pulverización).
Método por Evaporación
El proceso consiste en generar un vapor por ebullición o sublimación de un material que actúa como fuente (evaporar un óxido), como por ejemplo Sn02, In203, etc., o evaporar un material en presencia de oxígeno.El vapor generado es transportado desde la fuente hasta la superficie del substrato provocando una condensación del vapor, y por consiguiente, formando una película sólida sobre la superficie del substrato.
Metodo por Epitaxia por Haces Moleculares (MBE)
Consiste en la deposición sobre un substrato monocristalino mantenido a una temperatura dada, átomos o moléculas provenientes de la sublimación o evaporación de una fuente pura sólida o líquida.
En este método existen 3 mecanismos implicados:
· El proceso 1 corresponde a la absorción sobre el substrato de átomos o moléculas presentes en la atmósfera residual de la cámara de crecimiento. 
· El proceso 2 corresponde a la interacción entre el material que se evapora con los átomos o moléculas presentes en la cámara de crecimiento a una presión determinada.
· Finalmente el proceso 3 corresponde al mecanismo de crecimiento.
Figura 1. Representación de los mecanismos que se implementan en el proceso de MBE.
Método Sputtering Iónico
Esté o no asistida por plasma, se emplean moléculas activas de alta energía con las cuales se bombardea simultáneamente la superficie del substrato provocando una reactivación del proceso en la superficie del mismo.
Sputtering Reactivo
Existen 2 tipos de procesos:
1. El blanco es un metal puro, aleación o mezcla de especies que se deseen sintetizar en una película por un gas reactivo puro o en una mezcla gas inerte-gas reactivo, contenga o no el gas reactivo los componentes necesarios para sintetizar el com- puesto que se quiere.
2. Este tipo envuelve el usode un blanco de compuesto que se descompone químicamente durante el bombardeo con iones de gas inerte, formando una película deficiente en uno o más constituyen- tes del blanco, para lo cual se debe añadir un gas reactivo que evita la pérdida de constituyentes.
Método por Deposición Química en Fase de Vapor
La deposición química en fase vapor se basa en el desplazamiento de un equilibrio químico entre una fase gaseosa y una fuente sólida, la cual formará la película depositada
Figura 2. Esquema del Proceso de Deposición Química en Fase Vapor.
Método de Anodización Electrolítica
Permite obtener películas de óxido sobre el substrato.
El proceso comienza con una reacción entre el ánodo y los iones negativos inmersos en el electrolito en solución provocando su oxidación, y formando una capa de óxido u óxido hidratado no porosa y con buena adherencia al substrato, sobre todo de semiconductores y/o de unos pocos metales específicos (Al, Ta, Nb, Ti, Zr y Si), mientras que el hidrógeno gaseoso envuelve al cátodo
Relación Propiedades Semiconductores con las Películas Delgadas
Para que una película delgada sea útil, debe poseer todas o casi todas las propiedades siguientes: 
· Debe ser químicamente estable en el entorno en el que se le dará uso, debe adherirse bien a la superficie que cubre (el sustrato). 
· Tener un espesor uniforme.
· Ser químicamente puro o tener una composición química controlada.
· Tener una baja densidad de imperfecciones. Además requieren de propiedades especiales según las películas que se necesite, así la película podría ser aislante o semiconductora y propiedades ópticas o magnéticas especiales.
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