FISICA  ELECTRONICA     TEMASEMICONDUCTORES
1.- Introducción2.- Clasificación de los materiales.3.- Semiconductores intrínsecos. Estructura cristalina.4.- Semiconduct...
La gran mayoría de los dispositivos de estado sólido que actualmentehay en el mercado, se fabrican con un tipo de material...
La materia, en general, está constituida por átomos formadospor un núcleo cargado positivamente rodeado de los electronesn...
En un sólido amorfo no se reconoce ningún orden alargo alcance, esto es, la disposición atómica encualquier porción de un ...
En los semiconductores más usuales (Si, Ge) suestructura cristalina (disposición atómica quese repite periódicamente en tr...
Pues bien, en la estructura diamantina, cadaátomo está rodeado de 4 átomos vecinos yademás cada átomo tiende a compartir u...
Puesto que los semiconductores intrínsecospresentan el mismo número de conducción que deh+ no son lo suficientemente flexi...
un semiconductor intrínseco se dopa conimpurezas tipo n, no solo aumenta el número de, sino que además, el número de h+ di...
Un razonamiento similar se puede hacercuando sustituimos un átomo . Si por otro que tenga 3 de valencia. Dichoátomo no com...
En este apartado vamos a analizar de nuevo las propiedadesde la conducción eléctrica en los semiconductores pero desdeun p...
Como ya se ha comentado anteriormente, en un metaltodos los e exteriores (ede valencia) se encuentrancompartidos por todos...
Estadísticamente, en su movimiento, el númerode e que se mueven en unsentido será el mismo que los que lo hacen ensentido ...
En un semiconductor, sucederá algo similar. Lose ibres se moverán como respuesta a la accióndel campo aplicado. Sin embarg...
En un semiconductor la corriente total será la suma delas corrientes debidas al movimiento de los dos tipos deportadores p...
PRESENTADO POR EL        ESTUDIANTE  CARLOS GOMEZ SALAZARDE INGENIERIA DE SISTEMAS E       INFORMATICA:
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Presentación en diapositiva 2012

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Presentación en diapositiva 2012

  1. 1. FISICA ELECTRONICA TEMASEMICONDUCTORES
  2. 2. 1.- Introducción2.- Clasificación de los materiales.3.- Semiconductores intrínsecos. Estructura cristalina.4.- Semiconductores extrínsecos. Impurezas donadoras yaceptadoras.4.1.- Semiconductores tipo n. Impurezas donadoras.4.2.- Semiconductores tipo p. Impurezas aceptadoras.5.- Modelo de las bandas de energía.6.- Conducción en metales y semiconductores.
  3. 3. La gran mayoría de los dispositivos de estado sólido que actualmentehay en el mercado, se fabrican con un tipo de materiales conocidocomo semiconductores. De ahíque vamos a empezar nuestro estudio examinando las propiedadesfísicas de dichoselementos. Estudiaremos las características de los materiales que nospermitendistinguir un semiconductor de un aislante y de un conductor. Veremos,además, eldopado de un semiconductor con impurezas para controlar sufuncionamiento. El estudio anterior puede abordarse desde dos puntos de vista: Basándonos en la estructura cristalina de los semiconductores y, másconcretamente, en el enlace covalente.Desde el punto de vista energético, es decir, a través del modelo delas bandas deenergía.En este capítulo se abordarán ambos puntos de vista
  4. 4. La materia, en general, está constituida por átomos formadospor un núcleo cargado positivamente rodeado de los electronesnecesarios que hacen que el átomo sea eléctricamente neutro.Los electrones se distribuyen en órbitas que rodean al núcleo.Los electrones de la última órbita se denominan electrones devalencia. Las diferentes propiedades químicas de los materiales se debena que están formados por átomos distintos, mientras que, lasdistintas fases (sólida, líquida o gaseosa) de una misma sustanciase deben a lo más o menos fuertemente unidos que seencuentren sus átomos, siendo en la fase sólida la distanciainteratómica menor. Es decir, en un sólido la disposición espacialde sus átomos juega un papel importante en la determinación desus propiedades específicas. Atendiendo a esta disposiciónatómica, un sólido puede ser: amorfo, policristalino o cristalino.
  5. 5. En un sólido amorfo no se reconoce ningún orden alargo alcance, esto es, la disposición atómica encualquier porción de un material amorfo estotalmente distinta a la de cualquier otra porción.Los sólidos cristalinos se encuentran en elextremo opuesto, es decir, en un materialcristalino los átomos están distribuidos en unconjunto tridimensional ordenado. Dada unaporción de dicho material, se puede reproducir confacilidad la disposición atómica en otra porción delmismo. Finalmente se encuentran los sólidospolicristalinos que constituyen un caso intermedio,en el cual el sólido está formado por subseccionescristalinas no homogéneas entre sí.
  6. 6. En los semiconductores más usuales (Si, Ge) suestructura cristalina (disposición atómica quese repite periódicamente en tres dimensiones)es la que aparece reflejada en la figura 3 y sedenomina “estructura diamantina”. Paracomprenderla, hay que tener en cuenta quetanto el Si como el Ge poseen cuatro e - devalencia, esto es, 4 e - externos.
  7. 7. Pues bien, en la estructura diamantina, cadaátomo está rodeado de 4 átomos vecinos yademás cada átomo tiende a compartir uno desus 4 e - de valencia con cada uno de los 4átomos vecinos de los que toma otro e - enproceso análogo. Las barras de conexión de lafigura pueden considerarse como pistas a lo largode cada una de las cuales se mueven dos e - enuno y otro sentido entre los átomos asociados.Esta disposición de pares de e - compartidos es loque se denomina enlace covalente.
  8. 8. Puesto que los semiconductores intrínsecospresentan el mismo número de conducción que deh+ no son lo suficientemente flexibles para lamayor parte de las aplicaciones prácticas de lossemiconductores . Para aumentar el número deportadores el procedimiento más común consisteen introducir, de forma controlada, una ciertacantidad de átomos de impurezas obteniéndose loque se denomina semiconductor extrínseco odopado. En ellos, la conducción de corrienteeléctrica tiene lugarpreferentemente por uno de los dos tipos deportadores.
  9. 9. un semiconductor intrínseco se dopa conimpurezas tipo n, no solo aumenta el número de, sino que además, el número de h+ disminuye pordebajo del que tenía el semiconductorintrínseco, ya que el gran número de e presentesaumenta la velocidad de recombinación de los ylos h+ . Se cumple siempre:p n = ni Ley de acción de masas Esta ley tiene caráctergeneral, cumpliéndose tanto en semiconductoresintrínsecos como extrínsecos, ya sean estos últimosde tipo n o de tipo p.
  10. 10. Un razonamiento similar se puede hacercuando sustituimos un átomo . Si por otro que tenga 3 de valencia. Dichoátomo no completa la estructura de enlaces.De ahí que a temperatura ambiente e inclusoinferiores, un ligado de un átomo vecino pasea ocupar dicha vacante completando, de estaforma, la estructura de enlaces y creando, almismo tiempo, un h+ . A estos elementos quetienen predisposición
  11. 11. En este apartado vamos a analizar de nuevo las propiedadesde la conducción eléctrica en los semiconductores pero desdeun punto de vista energético. Para ello, habría que analizarlas energías de los e pero no en el caso de un átomo aislado,sino cuando estos átomos forman un sólido. El cálculo de estasenergías así como el desglose de los niveles energéticos de losátomos aislados en bandas de energía cuando estosátomos forman un sólido, es competencia de la MecánicaCuántica y se escapa del alcance de este curso. A nosotros nosinteresa el resultado final. Más concretamente, nosinteresan las energías de los e de valencia, es decir de los emás exteriores que serán los que se vean afectados en granmedida por la proximidad de otros átomos (cuando estosforman un sólido).
  12. 12. Como ya se ha comentado anteriormente, en un metaltodos los e exteriores (ede valencia) se encuentrancompartidos por todos los átomos de la red cristalina.Estos e constituyen una “nube electrónica” pudiéndosemover libremente a través de todo el cristal.
  13. 13. Estadísticamente, en su movimiento, el númerode e que se mueven en unsentido será el mismo que los que lo hacen ensentido contrario, es decir, no habrá unmovimiento neto de carga y por lo tanto no habrácorriente eléctrica. Si ahora aplicamosun campo eléctrico exterior aparecerá unacorriente de desplazamiento. conductividad delmetal
  14. 14. En un semiconductor, sucederá algo similar. Lose ibres se moverán como respuesta a la accióndel campo aplicado. Sin embargo, en unsemiconductor y, a diferencia de los metales,tenemos otro tipo de portadores que son los h+, de forma que cuando aplicamos un campoeléctrico tendremos un movimiento de e endirección contraria al campo y un movimientode h+ en la misma dirección del campo. Esdecir, la corriente de arrastre tendrá doscomponentes, una debida al movimiento de losy otra debida al movimiento de los huecos.
  15. 15. En un semiconductor la corriente total será la suma delas corrientes debidas al movimiento de los dos tipos deportadores presentes (huecos y electrones). Y estascorrientes podrán ser de arrastre (debidas a laaplicación de un campo eléctrico) y de difusión (debidasa un gradiente de impurezas). Si en un semiconductor aumentamos la temperatura, seaumenta la generación de pares e - h+ debido a laagitación térmica. Por tanto, si aumenta el número deportadores, también aumentará la corriente.
  16. 16. PRESENTADO POR EL ESTUDIANTE CARLOS GOMEZ SALAZARDE INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA:

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