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Materiales utilizados en
diseños electrónicos
Unión Metálica
• Se producen cuando se unen átomos que tienen
electronegatividad baja y cercana (metales), ninguno de
los átomos atrae con gran fuerza los electrones de la
unión.
• Los iones (cationes) forman una red metálica y se
disponen formando planos y los electrones de valencia
se mueven libremente entre ellos.
• A pesar de estar formados por cargas del mismo signo,
los planos no se repelen ya que la nube de electrones
hace de pantalla, aunque pueden desplazarse unos
sobre otros con facilidad.
• Este tipo de unión se denomina unión metálica y tiene
como ejemplo principal los metales en su estado
elemental.
Propiedades de los Metales
• Conducen la corriente eléctrica y el calor
(libertad de los electrones para moverse).
• Tienen punto de fusión y densidad elevadas,
el conjunto de electrones unen fuertemente a
los iones positivos.
• Son dúctiles y maleables: los iones que tienen
igual carga, se pueden deslizar fácilmente unos
sobre otros en varias direcciones.
• Poseen brillo metálico (asociado a la movilidad
de los electrones).
Comparativo de Propiedades
Enlace covalente
Propiedad
Sustancia
molecular
Sólido
covalente
Enlace
iónico
Enlace metálico
¿Alto punto de fusión y
ebullición?
No
Sí
Sí
Sí
¿Conduce electricidad?
No
No
No
Sí
¿Conduce la electricidad en
estado líquido (fundido)?
No
No
Sí
Sí
¿Conduce la electricidad al
disolverse en agua?
No
No
Sí
--
Algunas
No
Sí
--
¿Maleabilidad y ductilidad?
No
No
No
Sí
¿Duro?
No
Sí
Sí
Si - No
¿Se disuelve en agua?
MATERIALES
DISEÑO ELECTRONICO,
MAGNETICO U OPTICO:
- Propiedades electrónicas
- Propiedades térmicas
DISEÑO ESTRUCTURAL:
- Propiedades mecánicas
- Propiedades térmicas
Propiedades Térmicas importantes
• Nos interesan aquellas relacionadas con las
vibraciones atómicas, dependientes de la
temperatura.
• Conductividad Térmica: es una medida de la
intensidad con la que el calor se transmite a través de
un material. Los metales y las aleaciones metálicas
son los mejores conductores térmicos.
• Dilatación Térmica: es el aumento del tamaño del
material producido por el aumento de la T0, al ganar
los átomos energía térmica aumentan las distancias
promedios entre los átomos que forman el material;
Ej.: el Pb se dilata mucho y el W, diamante o cuarzo
no.
Propiedades Eléctricas
importantes
• Se refieren al comportamiento de los materiales cuando están
sometidos a un campo eléctrico; en función de esto se pueden
clasificar en:
• Conductores: son aquellos en los cuales los e- se desplazan
libremente a través de su estructura; los metales son muy
buenos conductores; Ej.: Ag y Cu.
• Semiconductores: son aquellos en los cuales los e- están
localizados y pueden moverse con dificultad cuando se aplica
un campo eléctrico; la movilidad también aumenta si aumenta
la TO, son materiales muy importantes en microelectrónica
(transitores y circuitos integrados) Ej.: Si y Ge.
• Aislantes o No Conductores: son sustancias en las cuales no
hay movimiento de e- ni iones cuando se aplica un campo
eléctrico; Ej.: plásticos
Ej.: fabricación
de un cable
Las partes generales de un cable eléctrico son:
• Conductor: Elemento que conduce la corriente eléctrica y
puede ser de diversos materiales metálicos (Cu, Al). Puede
estar formado por uno o varios hilos.
• Aislamiento: Recubrimiento que envuelve al conductor, para
evitar la circulación de corriente eléctrica fuera del mismo.
• Capa de relleno: Material aislante que envuelve a los
conductores para mantener la sección circular del conjunto.
• Cubierta: Está hecha de materiales que protejan
mecánicamente al cable. Tiene como función proteger
el aislamiento de los conductores de la acción de la
temperatura, sol, lluvia, etc.
Teoría de Bandas, Enlace Metálico
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La teoría del orbital molecular para enlaces metálicos considera que los
orbitales atómicos de valencia completa o incompleta y los orbitales vacíos
inmediatamente superiores (energías cercanas) forman orbitales
moleculares deslocalizados que se extienden por todo el cristal.
Consecuencia: los e- tienen libertad para moverse y desplazarse.
Los e- de los últimos orbitales incompletamente ocupados forman lo que se
llama banda de valencia.
Los orbítales inmediatamente superiores y de energía cercana a los
orbitales de valencia forman la banda conductora o de conducción
Los e- de los orbitales llenos internos constituyen la banda no conductora.
Los e- de la banda de valencia pueden pasar a la banda conductora si no
hay un gran salto o diferencia de energía, en aquellos materiales en lo que
lo pueden hacer se consideran buenos contutores eléctricos como los
metales.
CONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
AISLANTES
Materiales Conductores
• Son todos los metales que en mayor o menor medida
conducen o permiten el paso de la corriente eléctrica.
• Son los metales que, en su ultima orbita o capa de valencia
poseen entre 1 y 3 e• Entre los mejores conductores por orden de importancia, se
encuentran el Cu, Al, Ag, y Au
Cu:[Ar] 3d10 4s1
Al:[Ne] 3s2 3p1
Ag:[Kr] 4d10 5s1
Au:[Xe] 4f14 5d10 6s1
Materiales Aislantes
• Son no conductores de la corriente eléctrica, como el aire, la
porcelana, el cristal, la mica, la ebonita, las resinas sintéticas,
los plásticos, etc.
• Ofrecen una alta resistencia al paso de la corriente. Esos
materiales se conocen como aislantes o dieléctricos.
Materiales Semiconductores
• Son los elementos que, en su ultima orbita o capa de valencia
poseen entre 2,3,4 o 5 e-. Los mas usados son Ge y Si que
poseen en su última orbita 4 e- y NO aceptan ni ceden eSi:[Ne] 3s2 3p2
Ge:[Ar] 3d10 4s2 4p2
• Los "semiconductores" como el Si, Ge y Sb, constituyen
elementos que poseen características intermedias entre los
cuerpos conductores y los aislantes. Bajo determinadas
condiciones estos elementos permiten la circulación de la
corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido
contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente
alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de
corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas
utilizadas en electrónica digital, etc.
Incremento de la conductividad
eléctrica de un semiconductor
• Aumentando la T0
• Introduciendo impurezas
• Incrementando la iluminación
Pureza de los materiales semiconductores
• Semiconductores intrínsecos: son aquellos que se
encuentran en estado puro, es decir NO poseen
impurezas. Su conductividad aumenta por aumento
de T0.
• Semiconductores extrínsecos: son aquellos que
poseen en su estructura molecular alteraciones por el
agregado de otros elementos semiconductores; por
ejemplo a un semiconductor de Si o Ge se lo “dopa”
con el agregado de Ga o In.
Conversión del Semiconductor de
Si en conductor tipo N (negativo)
• Se produce cuando el Si se “dopa” con algún
elemento que posea 5 e- en su ultima orbita
como Sb, entonces comparte 4 e- con el Si y el
restante queda libre para circular, se denomina
Tipo N (negativo o donante) por ser negativo
debido al exceso de e- libres dentro de la
estructura.
Conversión del Semiconductor de
Si en conductor tipo P (positivo)
• Se produce cuando el Si se “dopa” con algún
elemento que posea 3 e- en su ultima orbita
como Ga, entonces comparte 3 e- con el Si y
queda un hueco en al estructura, se denomina
Tipo P (positivo o aceptante) por el exceso de
cargas positivas que provoca la falta de e-.
Elementos de la tabla periódica relacionados
con el comportamiento eléctrico
• Grupo III: configuración ns2 np1; B, Al, Ga, In y Tl; el único No
metal es B, el mas usado es Al.
• Grupo IV: configuración ns2 np2; C, Si, Ge, Sn y Pb; el C es
no metal y es aislante (diamante), Si y Ge semiconductores.
• Grupo V: configuración ns2 np3; N, P, As, Sb y Bi; el Bi se
utiliza en su forma metálica como una aleación (mezcla de
Wood) usado para interrumpir circuitos eléctricos.
• Grupo VI: configuración ns2 np4; O, S, Se, Te y Po.
• Elementos de trancisión: son metales típicos con todas sus
características y propiedades. Mo y W son muy utilizados,
ppalmenete. W (Tungsteno) debido a su dureza, alto PF e
incandescencia. Muy utilizados también como excelentes
conductores Ag, Cu y Au.