Los diferentes tipos de semiconductores impulsan la producción de una amplia gama de aplicaciones, desde dispositivos básicos hasta los sistemas de comunicaciones más avanzados. Comprender sus funciones nos permite elegir los componentes adecuados para cualquier tipo de proyecto o aplicación.
Pero ¿qué es exactamente un dispositivo semiconductor? En este artículo, no solo explicaremos qué es, sino que también repasaremos los seis tipos principales y resaltaremos sus respectivos usos con ejemplos.
Esto le brindará una descripción general de cómo estos componentes impulsan la tecnología actual y lo ayudará a elegir los que mejor se adapten a sus proyectos.
¡Sigue leyendo!
¿Qué son los Dispositivos Semiconductores?
Los dispositivos semiconductores son componentes electrónicos fabricados con materiales cuya conductividad eléctrica se encuentra entre la de un conductor (como el cobre) y la de un aislante (como el vidrio).
Controlan el flujo de corriente eléctrica en los dispositivos aprovechando las propiedades únicas de los semiconductores, como el silicio o el germanio.
Estos dispositivos son fundamentales en la electrónica moderna, ya que permiten la amplificación, el conmutado y la conversión de energía en los circuitos.
En pocas palabras, los dispositivos semiconductores son componentes electrónicos que utilizan semiconductores.
¿Qué son los semiconductores?
Los semiconductores son materiales con una conductividad eléctrica intermedia entre la de los conductores y los aislantes. Esta propiedad única les permite controlar la corriente eléctrica de maneras que ni los conductores ni los aislantes pueden.
En un dispositivo semiconductor, pequeños ajustes en el voltaje o la corriente pueden generar cambios significativos en el comportamiento del dispositivo, lo que los hace ideales para conmutar, amplificar señales y controlar la energía en sistemas electrónicos. Son esenciales en todo, desde la gestión de la energía en electrodomésticos hasta el procesamiento de datos en computadoras y teléfonos inteligentes.
La capacidad de los materiales semiconductores para conducir electricidad a menudo se modifica añadiendo impurezas, en un proceso llamado dopado, que crea regiones en el material con diferentes propiedades eléctricas.
Estas regiones permiten que dispositivos semiconductores como los diodos y los transistores regulen la corriente, siendo los pilares de la electrónica moderna.
6 tipos de semiconductores y sus aplicaciones
- Dispositivos discretos
Los dispositivos semiconductores discretos son componentes electrónicos individuales con una única función. Son bloques esenciales en los sistemas electrónicos, realizando operaciones básicas como conmutación, amplificación y rectificación. Algunos de los dispositivos discretos más comunes incluyen:
- Diodos
- Transistores
- Tiristores
- Módulos
Conozcamos más sobre cada uno de estos componentes:
- Diodos
Los diodos son válvulas electrónicas unidireccionales que permiten que la corriente fluya en una sola dirección. Su aplicación más común es la rectificación, que convierte la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC).- Ejemplo: En un circuito de fuente de alimentación, los diodos previenen las corrientes inversas, protegiendo los componentes sensibles.
- Transistores
Los transistores son esenciales para amplificar y conmutar señales electrónicas. Hay dos tipos principales: transistor de unión bipolar (BJT) y transistor de efecto de campo (FET). Los BJT se utilizan a menudo para amplificación, mientras que los FET se utilizan principalmente para aplicaciones de conmutación debido a su alta eficiencia.- Ejemplo: los transistores se encuentran comúnmente en procesadores, amplificadores y conmutadores. En la CPU de una computadora, los transistores procesan datos binarios actuando como pequeños interruptores.
- Tiristores
Los tiristores actúan como interruptores bistables, conduciendo cuando su compuerta recibe un pulso de corriente y continuando mientras permanecen polarizados hacia adelante.- Ejemplo: En controles de velocidad de motores industriales.
- Módulos
Son conjuntos de dispositivos semiconductores, típicamente con múltiples componentes como diodos, transistores y tiristores, en un solo paquete.- Ejemplo: En inversores solares para convertir energía DC en AC para uso doméstico.
2. Dispositivos ópticos
Estos dispositivos convierten señales eléctricas en luz o luz en señales eléctricas.
- Dispositivos emisores de luz (LED)
- Fotodetectores
- Dispositivos ópticos compuestos
- Dispositivos de comunicaciones ópticas
Dispositivos emisores de luz (LED)
Los LED generan luz cuando una corriente pasa a través de ellos, lo que los hace altamente eficientes para las tecnologías de iluminación y visualización. Los LED se utilizan ampliamente por su larga vida útil, eficiencia energética y beneficios medioambientales. - Ejemplo: los LED son la base de los sistemas de visualización modernos, incluidos los que se utilizan en televisores, teléfonos inteligentes y pantallas publicitarias.
Fotodetectores
Los fotodetectores, como fotodiodos y fototransistores, convierten la luz en señales eléctricas. Son cruciales en aplicaciones de detección, como cámaras, ratones ópticos y células solares. - Ejemplo: Los fotodetectores son una parte integral de los sistemas de comunicación de fibra óptica, donde convierten señales luminosas en señales eléctricas.
Dispositivos ópticos compuestos
Los dispositivos ópticos compuestos combinan múltiples funciones, como detectar y emitir luz, en un solo paquete. Son esenciales en sistemas ópticos complejos donde el espacio y el rendimiento son consideraciones clave. - Ejemplo: en los sistemas ópticos de transmisión de datos, los dispositivos compuestos pueden enviar y recibir señales luminosas, lo que garantiza una comunicación rápida y fiable.
Dispositivos de comunicación óptica
Estos dispositivos transmiten datos mediante luz. Son fundamentales en sistemas de Internet de alta velocidad, centros de datos y redes de comunicaciones de larga distancia. La velocidad y la eficiencia de los dispositivos de comunicación óptica han revolucionado la forma en que se transmiten los datos a nivel mundial. - Ejemplo: las redes de fibra óptica utilizan dispositivos de comunicación óptica para transmitir cantidades masivas de datos a la velocidad de la luz, garantizando conexiones a Internet de alta velocidad.
3 . Dispositivos de Microondas
Los dispositivos semiconductores de microondas funcionan a frecuencias muy altas (por encima de 1 GHz) y se utilizan para aplicaciones como radar, comunicaciones inalámbricas y transmisiones por satélite. Estos dispositivos se pueden clasificar en:
- Dispositivos de microondas discretos
- Circuitos integrados de microondas (CI)
- Módulos de microondas
Módulos de microondas discretos
Los dispositivos de microondas discretos, como los diodos Gunn y los diodos IMPATT, se utilizan para generar y amplificar señales de microondas de alta frecuencia. Estos son esenciales en los sistemas de radar y las tecnologías de comunicación inalámbrica. - Ejemplo: los diodos Gunn se utilizan en los radares de la policía para medir la velocidad de los vehículos generando señales de microondas que se reflejan en los objetos en movimiento.
Circuitos integrados de microondas
Los circuitos integrados de microondas integran múltiples funciones, como generación, amplificación y filtrado de señales, en un solo chip. Se utilizan en teléfonos móviles, sistemas de comunicaciones por satélite y sistemas de radar militares. - Ejemplo: Los circuitos integrados de microondas en teléfonos móviles permiten la transmisión y recepción de señales de alta frecuencia, lo que garantiza comunicaciones inalámbricas confiables.
Módulos de microondas
Los módulos de microondas son conjuntos que combinan múltiples componentes de microondas, que a menudo incluyen elementos tanto pasivos como activos, en un solo paquete. Estos módulos se utilizan en sistemas de comunicación complejos, donde el ahorro de espacio y el alto rendimiento son esenciales. - Ejemplo: Los transpondedores de satélite utilizan módulos de microondas para amplificar y transmitir señales de la Tierra al espacio y viceversa, garantizando una comunicación clara e ininterrumpida.
4. Sensores
Los sensores son dispositivos semiconductores que detectan cambios en las condiciones ambientales y los convierten en señales eléctricas. Los sensores son cruciales para aplicaciones en sistemas automotrices, atención médica, automatización industrial y electrónica de consumo.
- Ejemplo: en los automóviles, los sensores detectan parámetros como la temperatura, la presión y la velocidad, proporcionando datos esenciales a los sistemas de control del vehículo para un funcionamiento fluido.
Tipos de sensores
- Sensores de temperatura : Se utilizan en sistemas HVAC para monitorear y controlar la temperatura.
- Sensores de presión : Se utilizan en aplicaciones industriales para detectar cambios de presión en líquidos o gases.
- Sensores de proximidad : Se utilizan en electrónica de consumo, como teléfonos inteligentes, para detectar la proximidad del usuario y ajustar automáticamente funciones como la atenuación de la pantalla.
5. Circuitos integrados (CI)
Los circuitos integrados (CI) son dispositivos semiconductores que integran múltiples componentes electrónicos, como transistores, diodos, condensadores y resistencias, en un solo chip. Revolucionaron la electrónica moderna al permitir diseños más complejos y compactos. Los principales tipos de circuitos integrados incluyen:
- Memorias
- Microprocesadores (MPU)
- Circuitos integrados lógicos
- Circuitos integrados analógicos
Memorias
Los circuitos integrados de memoria son responsables de almacenar datos. Esto incluye la memoria volátil (como la RAM) y la memoria no volátil (como la memoria Flash). Estos circuitos integrados son esenciales en computadoras, dispositivos móviles y cualquier otro sistema que requiera almacenamiento de datos.
- Ejemplo : los circuitos integrados de memoria flash se utilizan en unidades USB y SSD para un almacenamiento y recuperación rápidos de datos.
Microprocesadores (MPU)
Los microprocesadores son el cerebro de la electrónica moderna y controlan las operaciones de las computadoras y los teléfonos inteligentes. Realizan operaciones aritméticas y lógicas, lo que permite a los dispositivos ejecutar programas y realizar tareas.
- Ejemplo : la serie de microprocesadores Intel Core alimenta la mayoría de las computadoras y portátiles y maneja todo, desde navegación web hasta cálculos complejos.
Circuitos integrados lógicos
Los circuitos integrados lógicos realizan operaciones booleanas y se utilizan en dispositivos que requieren toma de decisiones digitales. Son fundamentales en sistemas como relojes digitales, calculadoras y sistemas digitales más complejos como las computadoras.
- Ejemplo : los circuitos integrados lógicos se utilizan en sistemas informáticos para manejar tareas de manipulación de datos y control de procesos.
Circuitos integrados analógicos
Los circuitos integrados analógicos manejan señales continuas y se utilizan en procesamiento de audio y frecuencias de radio. Estos circuitos integrados se utilizan a menudo en sistemas de audio, equipos de radio y sensores.
- Ejemplo : los circuitos integrados analógicos en amplificadores de audio procesan señales de sonido para producir una salida clara y amplificada en sistemas de audio domésticos.
6. Circuitos integrados híbridos
Los circuitos integrados híbridos combinan las ventajas de múltiples tecnologías de semiconductores al integrar diferentes tipos de componentes (como transistores, resistencias y condensadores) en un solo módulo. Estos circuitos integrados son ideales para aplicaciones en las que los circuitos integrados estándar no pueden cumplir con requisitos de diseño o rendimiento específicos. Los circuitos integrados híbridos se presentan en dos formas principales:
- CI híbridos de membrana delgada
- CI híbridos de membrana gruesa
CI híbridos de membrana delgada
Estos circuitos integrados utilizan una fina capa de material conductor, aplicada mediante un proceso llamado pulverización catódica, para formar circuitos. A menudo se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia y son altamente personalizables.
- Ejemplo : los circuitos integrados híbridos de diafragma delgado se utilizan en sistemas aeroespaciales, donde el tamaño compacto y la alta confiabilidad son esenciales.
CI híbridos de membrana gruesa
Los circuitos integrados de diafragma grueso utilizan serigrafía para aplicar el material conductor. Generalmente se utilizan en electrónica de potencia y otras aplicaciones donde se requiere economía y robustez.
- Ejemplo : los circuitos integrados de diafragma grueso se utilizan en la electrónica automotriz para gestionar la distribución y el control de la energía.
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Algunos de los componentes que puedes encontrar en PCE:
- Diodos
- 1N4148 – Diodo de conmutación rápida (propósito general)
- 1N5408 – Diodo rectificador de alta corriente
- BAS16 – Diodo de conmutación montado en superficie
- BYV27-200 – Rectificador de recuperación rápida
2. Transistores
- 2N2222 – Transistor NPN de uso general
- 2N2907 – Transistor PNP de uso general
- IRF540N – de canal N
- BC547 – Transistor NPN de pequeña señal
3.Tiristores
- BT136 – TRIAC para conmutación de corriente alterna
- 2N5060 – Rectificador controlado por silicio (SCR)
- TYN612 – SCR para conmutación de potencia media
- BTA41-600B – TRIAC para aplicaciones de alta potencia
4. Dispositivos ópticos (LED, fotodetectores)
- CREE-XTEAWT-00-0000-000000H51 – LED blanco de alta potencia
- LDR-5530 – Sensor de luz fotodetector
- SFH320 – Fototransistor
- OSRAM-LW-W5SM – LED blanco para iluminación
5. Dispositivos de microondas
- MA4E1317 – Diodo de microondas de GaAs
- MRF947 – Transistor de microondas
- MAAL-011078 – CI amplificador de microondas
- HMC630LP3E – MMIC GaAs (Circuito integrado monolítico de microondas)
6. Sensores
- MPX5010DP – Sensor de presión
- TMP36 – Sensor de temperatura
- HC-SR04 – Sensor de distancia ultrasónico
- BH1750 – Sensor de luz ambiental
7. Circuitos integrados (CI)
- ATmega328P : microcontrolador IC (8 bits, serie AVR)
- LM358 – CI de amplificador operacional dual
- 74HC595 – IC de registro de desplazamiento
- AD8232 – IC de sensor de monitorización de frecuencia cardíaca
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8. Memorias IC
- W25Q64JVSSIQ – Memoria Flash de 64Mb
- AT24C256 – EEPROM de 256Kb
- MT48LC16M16A2 – 256Mb SDRAM
- IS25LP064A – Memoria Flash Serie (64Mb)
9. Condensadores
- C3225X7R1E106K250AB – Condensador cerámico multicapa, 10 µF
- EEU-FR1V102 – Condensador electrolítico, 1000 µF, 35 V
- B43504A5477M000 – Condensador electrolítico enchufable, 470 µF, 450 V
10. Resistencias
- CRCW080510K0FKEA – Resistencia SMD, 10kΩ, 1%
- RS1/4-1K – Resistencia de película de carbono pasante, 1kΩ
- Y ageo RC0402FR-071KL - Resistencia SMD de 1kΩ, tolerancia del 1%, 0402
- Vishay VR68000001005FA100 - Resistencia de alambre de precisión, 100 Ω
11. Conectores
- TE 282836-4 – Conector de cable a placa de 4 posiciones
- Molex 39-30-3040 – cabezal de 4 posiciones
- JST XH-2P – Conector de 2 pines
- Amfenol 97-3106A-14S-6 P – Conector circular
12. Módulos de potencia
- IRAMS10UP60B – Módulo de alimentación inteligente (IPM), 600 V
- FOD8316 – Optoacoplador controlador para IGBT
- SPM3A60D – Módulo de potencia del motor, 600V
- PM25CLB060 – Módulo IGBT, 25A
13. Relés
- G2R-1-E-DC24 – Relé de uso general, SPDT, 24 VCC
- G6A-234P-ST-US-DC12 – Relé de señal, 12 VCC
- HF115F – Relé de potencia, 12V CC, 30A
- Omron LY2-DC12 - Relé de 12 V CC, DPDT
Los Dispositivos Semiconductores Son el Núcleo de la Tecnología Moderna
Hacen posible todo, desde smartphones hasta la exploración espacial. Comprender los seis tipos principales de dispositivos discretos, dispositivos ópticos, dispositivos de microondas, sensores, CI y CI híbridos te ayudará a tomar decisiones informadas al elegir componentes para tus proyectos.
Como has leído en este artículo, cada uno de estos dispositivos tiene características y aplicaciones únicas, lo que los hace indispensables en una amplia gama de industrias.
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Referencias :
“Dispositivos semiconductores: física y tecnología” de SM Sze
“Introducción a los dispositivos semiconductores” de Kevin F. Brennan
Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation
