Caracterización eléctrica de un compuesto semiconductor/ procedimiento experimental para el cálculo de resistividad eléctrica en función de la temperatura

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.

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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.