Presentacin de PowerPoint
Dispositivos ElectrnicosSemiconductores
IntroduccinConductores, Semiconductores y AislantesMovimiento de
la carga elctrica para el metalMovimiento de la carga elctrica para
el semiconductorAnlisis del semiconductor intrnsecoConcentracin
intrnseca Nivel de FermiSemiconductores extrnsecosNivel de Fermi
para cristal extrnseco IntroduccinSin lugar a dudas, el estudio de
las propiedades fsicas de los materiales semiconductores y sus
sorprendentes aplicaciones en el desarrollo tcnico de dispositivos
elctricos, representan una de las revoluciones
cientfico-tecnolgicas de mayor impacto sobre nuestra sociedad. Para
tener una idea de la real magnitud de esta revolucin pensemos por
un momento en los transistores, probablemente la aplicacin
tecnolgica ms importante de los semiconductores. Cualquier
habitante del mundo moderno se encuentra rodeado cotidianamente por
millones de transistores. Estn en el televisor, en el equipo de
msica, en la mquina de lavar, en el reloj de pulsera, en el telfono
celular. Un computador personal puede llegar a tener algunos miles
de millones de transistores. De hecho, en el mundo existen muchos
ms transistores que personas. Pero, naturalmente, una cosa es usar
esta tecnologa y otra muy distinta es entender como opera, la cual
ser nuestro objetivo en este capitulo.Conductores, Semiconductores
y AislantesExisten enfoques, basados en la teora de bandas, que nos
permiten entender los fenmenos de conductividad elctrica y trmica
en los materiales slidos. Estos enfoques son capaces de explicar,
por ejemplo, las diferencias tan enormes en las resistividades
elctricas de tales materiales.
Formacin de bandas de energa como funcin de la separacin de los
tomos. Si existen muchos tomos cada nivel de energa se divide en un
conjunto casi continuo de niveles que constituyen una
banda.Conductor es toda sustancia en que la energa del primer
estado electrnico vaco se encuentra inmediatamente adyacente a la
energa del ltimo estado electrnico ocupado. En otros trminos, un
conductor es un material en el cual la ltima banda ocupada no est
completamente llena. Aislador es toda sustancia en que la energa
del primer estado electrnico vaco se encuentra separada, por una
brecha finita, de la energa del ltimo estado electrnico ocupado.
Semiconductor es un material aislador en que el ancho de banda
prohibida es menor que 1eV.
Metales, semiconductores y aisladores desde el punto de vista de
la teora de bandas. Movimiento de la carga elctricaEn ausencia de
un campo elctrico externo: movimiento aleatorio (colisiones con el
entorno) sin direccin espacial preferente.
Movimiento aleatorio de electronesEn presencia de un campo
elctrico externo, E: la carga elctrica se desplaza por el material
por medio de colisiones con el entorno y en una direccin resultante
paralela a E.
Para el semiconductor:
Anlisis del Semiconductor IntrnsecoLos elementos semiconductores
por excelencia son el silicio y el germanio, aunque existen otros
elementos como el estao, y compuestos como el arseniuro de galio
que se comportan como tales.
Silicio en modelo BidimensionalVemos como cada tomo de silicio
se rodea de sus 4 vecinos prximos con lo que comparte sus
electrones de valencia.Ahora bien, si aumentamos la temperatura,
aumentar por consiguiente la energa cintica de vibracin de los
tomos de la red, y algunos electrones de valencia pueden absorber
de los tomos vecinos la energa suficiente para liberarse del enlace
y moverse a travs del cristal como electrones libres. Su energa
pertenecer a la banda de conduccin, y cuanto ms elevada sea la
temperatura ms electrones de conduccin habr, aunque ya a
temperatura ambiente podemos decir que el semiconductor acta como
conductor.
Si un electrn de valencia se convierte en electrn de conduccin
deja una posicin vacante, y si aplicamos un campo elctrico al
semiconductor, este hueco puede ser ocupado por otro electrn de
valencia, que deja a su vez otro hueco. Este efecto es el de una
carga +e movindose en direccin del campo elctrico. A este proceso
le llamamos generacin trmica de pares electrn-hueco.
Densidad de portadores
Funcin de distribucin de Fermi - DiracLos electrones son
fermiones, partculas que cumplen el principio de exclusin de Pauli.
As, vendrn gobernados por la estadstica de Fermi:
Un estado con energa E>EF tendr mas posibilidades de ser
ocupado a mayor temperatura. A una temperatura T, la probabilidad
de ocupacin disminuye si aumenta la energa Para cualquier T, la
probabilidad de encontrar un electrn con una energa EF es 1/2. A
T=0, la probabilidad de encontrar un electrn con E>EF es 0 y con
E
f(E) es la probabilidad que un estado de energa E est ocupado,
EF es el nivel de Fermi, k es la constante de Boltzmann y T es la
temperatura absoluta.
Nos indica como varia las probabilidades de distribucin de Fermi
para un semiconductor intrnsecoSemiconductores extrnsecosLos
semiconductores extrnsecos se forman aadiendo pequeas cantidades de
impurezas a los semiconductores puros. El objetivo es modificar su
comportamiento elctrico al alterar la densidad de portadores de
carga libres. Estas impurezas se llaman dopantes. As, podemos
hablar de semiconductores dopados. En funcin del tipo de dopante,
obtendremos semiconductores dopados tipo p o tipo n. Para el
silicio, son dopantes de tipo n los elementos de la columna V, y
tipo p los de la III
Semiconductores tipo n y tipo pTipo n:
En general, los elementos de la columna V convierten al Si en
tipo n. Estos elementos tienen cinco electrones de valencia en su
ltima capa y se les llama impurezas dadoras
17Tipo p:
En general, los elementos de la columna III convierten al Si en
tipo p. Estos elementos tienen tres electrones de valencia en su
ltima capa y se les llama impurezas aceptoras.
Densidad de carga en semiconductores extrnsecosEn los
semiconductores tipo n, los electrones son los portadores
mayoritarios. En los semiconductores tipo p, los huecos son los
portadores mayoritarios. La ley de accin de masas se cumple para
semiconductores extrnsecos, en equilibrio trmico.
Para cumplir la neutralidad de la carga:
De las ecuaciones anteriores:
Para un semiconductor tipo n:
Para un semiconductor tipo p:
Nivel de Fermi para material extrnseco
Bibliografa:http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925812.htmlhttp://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.htmlhttp://www.sabelotodo.org/electrotecnia/dispossemicond.htmlhttp://www4.ujaen.es/~egimenez/FUNDAMENTOSFISICOS/semiconductores.pdfhttp://www.etitudela.com/Electrotecnia/downloads/introduccion.pdfhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/fermi.htmlhttp://www.uv.es/candid/docencia/ed_tema-02.pdfhttp://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/condsemicondais2_27505.pdfhttp://www.uclm.es/profesorado/maarranz/Documentos/MaterialesT7.pdfApuntes
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