Saludos comunidad científica de steemit, en mi post anterior explique brevemente como debemos preparar una muestra de un compuesto semiconductor para luego realizar medidas de resistividad eléctrica en función de la temperatura. Un post sencillo pero que mi persona lo escribe con esa finalidad, el ser digerible para toda audiencia.
Recapitulando podemos decir que la resistividad eléctrica es muy importante ya que nos proporciona información sobre la energía de activación y la concentración de los principales portadores de carga (electrones, tipo n, huecos, tipo p). Ademas que permiten la conducción eléctrica de las electrones frente a un estímulo eléctrico y magnético y todo esto se relaciona con los niveles de energía.
Es un experimento sumamente sencillo, cabe destacar que se necesita tener conocimientos teóricos previos para realizar este tipo de medidas y que a su vez se rigen por las normas ASTM.
Ahora bien el presente post se mostrara la configuración experimental para la determinación de la resistividad eléctrica de un semiconductor, en este experimento se utilizarán los diferentes equipos a continuación:
Controlador de temperatura
Foto real del controlador de temperatura
Este instrumento como su nombre lo indica sirve para controlar la temperatura del material, el cual posee una entrada donde contiene un sensor y tiene una salida donde contiene otro elemento que regula la temperatura. Este equipo se realizo en las instalaciones del IVIC-ZULIA gracias al aporte de Dr Giovanni Marin (@iamphysical).
A través de este equipo podemos varias manualmente la temperatura que nosotros deseamos, ya se aumentando o disminuyendo, en este caso para el experimento llevaremos la temperatura hasta un aproximado de 150ºC.
Para regular con precisión la temperatura se tiene un regulador, el cual acepta un sensor de temperatura tal como un termopar de entrada, luego se compara la temperatura real a la temperatura de control deseada, y proporciona una salida a un elemento de control. El regulador de temperatura solo es una parte del sistema de control, y todo el sistema debe ser analizado para elegir un controlador adecuado.
Fuente de poder
Foto real de la fuente usada en el laboratorio LEMIN Zulia-Venezuela
Es una fuente típica que podemos encontrar en cualquier laboratorio o centros de investigacion, nosotros la usamos para alimentar los circuitos electrónicos como en este caso alimentar el compuesto semiconductor. Este proporciona 3 salidas independientes de 0 a 50 voltios y 0 a 50 amperes, también posee una salida fija de 5 voltios con una corriente aproximada de 0 a 5 amperes. De aquí recogeremos los datos de variación del voltaje en función de la corriente.
Horno
Foto real del horno
En este aparato se procederá a introducir la muestra del compuesto semiconductor a caracterizar, luegoproporcionar la temperatura apropiada en el momento de la medición. Este horno se usa para que la temperatura no se escape, es decir se mantenga alrededor de toda la muestra y las medidas puedan darnos resultados confiables, cabe destacar que también se puede hacer la medida sin el horno, lo importante es poder proporcionar el voltaje o temperatura requerida para el experimento.
Fuente de corriente
Foto real de la fuente de corriente usada en LEMIN Zulia-Venezuela
Usada para proporcionar la corriente a la muestra, básicamente su funcionamiento es igual a la fuente de poder.
Antes de realizar el experimento de resistividad en función de la temperatura, en primer lugar hay que verificar de los contactos de la muestra son ohmicos, es decir, si hay continuidad de corriente en cada uno de los puntos de indio. Para este procedimiento experimental se utiliza un programa computacional elaborado a través de microsoft excel donde se va registrando el valor de la corriente negativa y positiva, estos datos posteriormente se graficarán en el programa computacional origin 6.1 y si se muestra una curva en línea recta que pasa cercana a cero, se cumple la ley de ohm. Esto quiere decir que los contactos de indio están bien elaborados y el siguiente paso seria medir la resistividad eléctrica en función de la temperatura de los compuestos semiconductores.
Simulación de software de Microsoft Excel
Gráfica corriente vs voltaje donde se cumple la ley de Ohm
Se coloca la muestra dentro de un horno de síntesis se hace circular corriente, luego se anota el valor del voltaje a temperatura ambiente y se va aumentando la temperatura de la muestra dentro del horno se va anotando el valor del voltaje y temperatura se tomará los datos hasta que los contactos de indio se despeguen de la muestra y luego se utilizará la siguiente ecuación para calcular la resistividad eléctrica:
dónde:
a es el ancho de la muestra.
e espesor de la muestra.
d distancia de los puntos de contacto.
v voltaje.
i corriente.
Configuración completa del conjunto experimental para calcular la resistividad eléctrica en función de la temperatura
Finalmente, al realizar las mediciones correspondientes, nuestro programa informático configurado por Microsoft Exel registrará todos los datos de la corriente y el voltaje, finalmente podemos obtener un gráfico como el que se muestra en la siguiente figura.
Gráfico de resistividad eléctrica como función de la temperatura NOTA
Cabe destacar que la información aportada en este post es sumamente básica, la determinación de la resistividad eléctrica u otras características importantes para la caracterización eléctrica de un compuesto semiconductor requieren estudios más profundos en los que respecta a la teoría y ecuaciones, mi intención es mostrarle de manera practica, sencilla y de fácil comprensión este tipo de experimentos, obviamente se puede realizar tal y como lo acabo de mostrar, pero la siguiente parte es profundizar de forma teórica todo el estudio de las propiedades físicas de este comportamiento y es ahí donde se hace complejo este tema.
Quieres saber más de los semiconductores? te invito a leer las siguientes publicaciones
- Introducción a los semiconductores
- La unión p-n
- Estructura cristalina
- Fenómeno de difracción
- Técnica de síntesis de un compuesto semiconductor " Cu e In en estado fundido"
- Técnica de síntesis de un compuesto semiconductor "Fusión Directa"
- Técnica de síntesis de compuestos semiconductores " Bridgman-Stockbarger Vertical"
- Cómo preparar una muestra de un compuesto semiconductor
- Caracterización estructural de un compuesto semiconductor
- Análisis cualitativo de un compuesto semiconductor (DRX)
- Análisis cualitativo de un compuesto semiconductor (DRX) Indexado por medio del DICVOL
- Análisis cualitativo de un compuesto semiconductor (DRX) Indexado por medio del NBS
- Caracterización eléctrica de un semiconductor
- Caracterización eléctrica de un compuesto semiconductor/ preparación de la muestra para el cálculo de resistividad eléctrica usando el método de barra (4 puntas)
Referencias bibliográficas y digitales
Marin, G. (2001). Preparación para diferentes técnicas, estudios comparativos de las propiedades ópticas y eléctricas en función de la temperatura de los semiconductores CuInTe2 y CugaTe, Tesis de Maestría. Mérida, Universidad de los Andes.
Charles Kittel. (2004) Introducción a la física del estado sólido ". Segunda edición. Editorial Reverte.
Smith, W; Hashemi. (2006) Fundamentos de la ciencia e ingeniería de los materiales. Cuarta Edición. Méjico. Editorial McGraw Hill.
ASTMF43-09. Internacional. (2011). Estándar (2010) Métodos de prueba para resistividad de materiales semiconductores Vol 10.05.
Si desea leer más artículos científicos de buena calidad, no pierda el tiempo, y visite la etiqueta #steemstem, es un gran proyecto que ha crecido enormemente en los últimos meses, con el fin de promover altos puestos a publicaciones científicas.
Para obtener más información al respecto, únase a nuestro nuevo servidor en discord
Fuente de imagen modificada
La resistividad eléctrica a altas temperaturas es un procedimiento complementario para determinar la brecha de energía "eléctrica" de los materiales semiconductores. El detalle experimental es realizar los contactos eléctricos con un metal cuyo punto de fusión sea mayor de 300 ºC, así que el uso de contactos de In se ve afectado al fundirse a 157 ºC, como se observa en la última figura de este artículo. Buen trabajo mi estimado @carloserp-2000.
Gracias por complementar mi post @iamphysical usted es el experto en el área :D
jejeje tenia abierto el usuario @stem-espanol y no me di cuenta :/ de igual forma gracias por leer mi post Doctor
Muy buen material, desconozco el tema, pero he logrado ir entendiendo un poco leyendo tus otras publicaciones. La física, es una de las áreas que me gusta explorar para conseguir aplicaciones a mi área de investigación. Saludos y éxitos.
La fisica es bastante amplia y compleja pero para estan todos aquellos amantes de la fisica para estudiarla y comprenderla :D
Este tipo de experimentos es muy importante y parte como inicio para futuras aplicaciones en el ámbito de la electrónica
Excelente material @carloserp-2000, me llama mucho la atención los equipos que muestras y el uso que le das a cada uno de ellos, es un tema bastante interesante el que abordas.
Estos equipos son algo antiguos, hoy en día existen aparatos mucho más moderno que pueden facilitar las medidas y arrojar resultados mucho más confiables, sin embargo con nuestro esfuerzo usamos estos equipos que tenemos a disposición en el laboratorio y le sacamos bastante provecho @ydavgonzalez
Buen trabajo, desde lo procedimiento experimental. Saludos @carlosp-2000
Muchas gracias @lupafilotaxia
Hi @carloserp-2000!
Your post was upvoted by utopian.io in cooperation with steemstem - supporting knowledge, innovation and technological advancement on the Steem Blockchain.
Contribute to Open Source with utopian.io
Learn how to contribute on our website and join the new open source economy.
Want to chat? Join the Utopian Community on Discord https://discord.gg/h52nFrV
Thanks for you support @utopian-io
This post has received a 21.79 % upvote from @boomerang.
Excelente trabajo @carloserp-2000, muy interesante y bien explicado, las fotos de los aparatos, me recuerda a la terapia intensiva que esta llena de aparatos y monitores para medir en tiempo real valores que nos permite actuar en el momento y evitar complicaciones severas en los pacientes.
Son aparatos que se usan en diversas áreas de la ciencia, claro hoy en día existen equipos más sofisticados y modernos
Excelente trabajo y aporte mi estimado @carloserp-2000. Gracias por compartir sus experiencias y conocimientos.
Gracias @lorenzor es mi pequeño aporte para la comunidad
Excelente artículo científico @carloserp-2000. Fue un placer para mí leerlo. Muy bien redactado y explicado. Te felicito. Gracias por compartirlo. Saludos.
Muchas gracias @tsoldovieri
Buen trabajo @carloserp-2000, la resistividad baja en función de la Temperatura y tiene unos cambios de incremento delta R/delta T. A que se debe eso.
Eso quiere decir que el material es un buen conductor eléctrico @germanmontero
Que genial volver de viaje y poder observar nuevas publicaciones tan completas y facil de digerir como tu mismo explicas estimado Carlos, la verdad desde siempre me ha interesado este mundo de la fisica y los semiconductores y poder aprender con estas publicaciones me llena de agrado, Felicitaciones y gracias por compartir, no soy experto en el tema pero se ve que lo abordaste de una manera excelente.
Estimado @carloserp-2000 tu publicación confirma la importancia de las investigaciones experimentales y aplicaciones tecnológicas en la dinámica de producción de conocimiento y aportes a la comunidad científica y usuarios en general. Felicitaciones.