Circuitos electronicos

EL42A Circuitos Electrónicos Semestre Primavera 2003

Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad de Chile

EL42A Circuitos Electrónicos

Profesor: Domingo Morales Lizama

Capítulo I Dispositivos Electrónicos Básicos
Clase Nº 1 Características Básicas Semiconductores

EL42A Circuitos Electrónicos

Profesor: Domingo Morales Lizama

Objetivos
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Recordar losprincipios físicos asociados a los fenómenos de conductividad en semiconductores Recordar el efecto del dopado en las propiedades de un semiconductor Recordar la electrostática de una barra semiconductora en equilibrio

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Estructura Electrónica de los Elementos
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Ecuación de Schrödinger para el hidrógeno
• Soluciones (funcionesde onda) están asociadas a parámetros discretos (números cuánticos) • Números cuánticos
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Principio de Exclusión de Pauli
• Explica el ordenamiento de la tabla periódica de los elementos • “No hay dos electrones en un sistema electrónico que puedan tener el mismo conjunto de cuatro números cuánticos (el mismo estado cuántico)”

Principal: n = 1, 2, 3,... – Angular: l = 0, 1, 2, ...,(n-1) – Magnético: ml = 0,  1,  2, ...,  l – Spin: ms =  ½ (electrones)

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Notación cristalográfica
• Los diferentes valores de l = 0, 1, 2, 3, ... Se denominan s, p, d, f, ..., respectivamente • Cada l puede tener 2x(2l+1) electrones

• Para n dado existen

2  2l 1  2n 2 estados
l 0

n1

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ConfiguraciónElectrónica
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Número Atómico Z
• Número de electrones (e) “orbitando” el núcleo

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Notación cristalográfica
• Capas: asociadas a n • Subcapas: los diferentes valores de l = 0, 1, 2, 3, ... Se denominan s, p, d, f, ..., respectivamente • Cada subcapa l puede tener 2x(2l+1) electrones • Notación: ( n )( l )número de electrones • Ejemplo: Sodio (Na), Z=11
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Configuración Electrónica• Se aplican resultados del átomo de hidrógeno a átomos con más de un electrón • Estados electrones
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Se ocupan desde estados de menor energía a los con mayor energía – Respetan principio de exclusión

11e a ubicar: n=1 (máximo 2e); sólo l=0  2e  1s2 – 9e a ubicar: n=2 (máximo 8); l=0, 1  2e s + 6ep  2s22p6 – 1e a ubicar: n=3 (máximo 18); l=0, 1, 2  1e s  3s1 – Finalmente: 1s2 2s22p63s1

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Teoría de Bandas de Energía en Cristales (I)
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Cristales
• Arreglo espacial tridimensional periódico de átomos o moléculas • Rayos X  la mayoría de los metales y semiconductores poseen estructura cristalina • Estados cuánticos de la estructura son distintos a los de átomos aislados, pues existe interacción entreelementos en la red (potencial) que afecta la ecuación de Schrödinger
Elemento Z Configuración

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Estructura cristalina
• Niveles de Energía de electrones en capas internas no son alterados notoriamente • Electrones de capas externas (valencia) no explican diferencias entre elementos de una misma columna de la tabla periódica, pero sí la estructura cristalina • Ejemplo: Columna IVA (Ver tabla)–

Todos los e de valencia son del tipo s2p2
Propiedades (Cristal)

C
Si Ge Sn

6
14 32 50

1s2 2s2 2p2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d10 4s2 4p2

Diamante: Aislante
Semiconductor Semiconductor Metal

1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p2 EL42A Circuitos Electrónicos Profesor: Domingo Morales Lizama

Teoría de Bandas de Energía en Cristales (II)
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Teoríade Bandas Cristal (ver siguiente transparencia con imagen)
• Análisis de subcapas externas (s2p2  2e s y 2e p) • Cristal con N átomos
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Átomos a gran distancia interatómica  no “notan” mutua presencia
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Niveles de energía idénticos a si estuviesen aislados 2N e llenan los 2N posibles estados s con igual energía 2N e llenan los 6N posibles estados p con igual energía En el caso...