Fisica Semiconductores
Páginas: 43 (10584 palabras)
Publicado: 25 de mayo de 2013
Universidad de Sevilla
Escuela Superior de Ingenieros
DEPARTAMENTO DE
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Tecnología de Dispositivos y Componentes
Introducción a la física de semiconductores
Francisco Colodro Ruiz
Juan García Ortega
Carlos Janer Jiménez
2
Tabla de contenidos:
TEORÍA DE BANDAS DE ENERGÍA ............................................................................ 4
1.1SÓLIDOS CRISTALINOS. MATERIALES SEMICONDUCTORES ....................................... 4
1.2
EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO. NÚMEROS CUÁNTICOS. ................................................. 7
1.3
ÁTOMOS COMPLEJOS (ESTADOS ENERGÉTICOS DEL ELECTRÓN) ............................. 11
1.4
BANDAS DE ENERGÍA............................................................................................. 12
1.5
PORTADORES DE CARGA EN UN SEMICONDUCTOR: ELECTRONES Y HUECOS ........... 15
CONCENTRACIÓN DE PORTADORES DE CARGA............................................... 19
2.1
DENSIDAD DE ESTADOS EN LAS BANDAS DE VALENCIA Y CONDUCCIÓN. .............. 20
2.2
PROBABILIDAD DE OCUPACIÓN DE ESTADOS ......................................................... 22
2.3CONCENTRACIÓN DE ELECTRONES Y HUECOS EN EQUILIBRIO TÉRMICO ............... 23
2.4
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y EXTRÍNSECOS ................................................ 25
2.5
SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS EN EQUILIBRIO TÉRMICO. ................................ 28
2.6
CUASINIVELES DE FERMI. ...................................................................................... 342.7
TIEMPO MEDIO DE EXISTENCIA DE PORTADORES EN DESEQUILIBRIO. ................... 38
2.8
TIPOS DE RECOMBINACIÓN. ................................................................................... 39
2.9
EJERCICIOS RESUELTOS .......................................................................................... 41
2.10
EJERCICIOS PROPUESTOS.................................................................................... 48
MOVIMIENTO DE PORTADORES DE CARGA ....................................................... 50
3.1
MECANISMOS DE DISPERSIÓN DE PORTADORES. .................................................... 52
3.2
CORRIENTE DE ARRASTRE ...................................................................................... 54
3.3
EFECTO DELA TEMPERATURA Y EL DOPADO SOBRE LA MOVILIDAD. EFECTO DE
SATURACIÓN EN LA VELOCIDAD DE ARRASTRE. ............................................................................ 58
3.4
DIFUSIÓN DE PORTADORES. ................................................................................... 60
3.5
COMPONENTES DE CORRIENTE EN UN SEMICONDUCTOR........................................ 623.6
EFECTOS DEL CAMPO ELÉCTRICO EN LAS BANDAS DE ENERGÍA .............................. 64
3.7
EJERCICIOS RESUELTOS .......................................................................................... 66
3.8
EJERCICIOS PROPUESTOS ........................................................................................ 73
3
4
CAPÍTULO 1
TEORÍA DE BANDAS DE ENERGÍA1.1
SÓLIDOS CRISTALINOS. MATERIALES SEMICONDUCTORES
Las sustancias sólidas que se encuentran en la naturaleza pueden clasificarse según el
modo como se organizan los átomos que las constituyen. En los sólidos cristalinos, los átomos se
organizan siguiendo un patrón de regularidad que se repite en todo el espacio ocupado por el
cuerpo (Figura 1). En los sólidos policristalinos existentambién determinados patrones de
regularidad que se repiten en regiones locales del cuerpo y que pueden variar de una de estas
regiones a otra. Y por último existen sólidos llamados amorfos donde los átomos constituyentes
están localizados de una manera arbitraria, no pudiéndose encontrar ningún patrón de regularidad.
En la actualidad todos los dispositivos electrónicos están construidos sobre...
Escuela Superior de Ingenieros
DEPARTAMENTO DE
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Tecnología de Dispositivos y Componentes
Introducción a la física de semiconductores
Francisco Colodro Ruiz
Juan García Ortega
Carlos Janer Jiménez
2
Tabla de contenidos:
TEORÍA DE BANDAS DE ENERGÍA ............................................................................ 4
1.1SÓLIDOS CRISTALINOS. MATERIALES SEMICONDUCTORES ....................................... 4
1.2
EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO. NÚMEROS CUÁNTICOS. ................................................. 7
1.3
ÁTOMOS COMPLEJOS (ESTADOS ENERGÉTICOS DEL ELECTRÓN) ............................. 11
1.4
BANDAS DE ENERGÍA............................................................................................. 12
1.5
PORTADORES DE CARGA EN UN SEMICONDUCTOR: ELECTRONES Y HUECOS ........... 15
CONCENTRACIÓN DE PORTADORES DE CARGA............................................... 19
2.1
DENSIDAD DE ESTADOS EN LAS BANDAS DE VALENCIA Y CONDUCCIÓN. .............. 20
2.2
PROBABILIDAD DE OCUPACIÓN DE ESTADOS ......................................................... 22
2.3CONCENTRACIÓN DE ELECTRONES Y HUECOS EN EQUILIBRIO TÉRMICO ............... 23
2.4
SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Y EXTRÍNSECOS ................................................ 25
2.5
SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS EN EQUILIBRIO TÉRMICO. ................................ 28
2.6
CUASINIVELES DE FERMI. ...................................................................................... 342.7
TIEMPO MEDIO DE EXISTENCIA DE PORTADORES EN DESEQUILIBRIO. ................... 38
2.8
TIPOS DE RECOMBINACIÓN. ................................................................................... 39
2.9
EJERCICIOS RESUELTOS .......................................................................................... 41
2.10
EJERCICIOS PROPUESTOS.................................................................................... 48
MOVIMIENTO DE PORTADORES DE CARGA ....................................................... 50
3.1
MECANISMOS DE DISPERSIÓN DE PORTADORES. .................................................... 52
3.2
CORRIENTE DE ARRASTRE ...................................................................................... 54
3.3
EFECTO DELA TEMPERATURA Y EL DOPADO SOBRE LA MOVILIDAD. EFECTO DE
SATURACIÓN EN LA VELOCIDAD DE ARRASTRE. ............................................................................ 58
3.4
DIFUSIÓN DE PORTADORES. ................................................................................... 60
3.5
COMPONENTES DE CORRIENTE EN UN SEMICONDUCTOR........................................ 623.6
EFECTOS DEL CAMPO ELÉCTRICO EN LAS BANDAS DE ENERGÍA .............................. 64
3.7
EJERCICIOS RESUELTOS .......................................................................................... 66
3.8
EJERCICIOS PROPUESTOS ........................................................................................ 73
3
4
CAPÍTULO 1
TEORÍA DE BANDAS DE ENERGÍA1.1
SÓLIDOS CRISTALINOS. MATERIALES SEMICONDUCTORES
Las sustancias sólidas que se encuentran en la naturaleza pueden clasificarse según el
modo como se organizan los átomos que las constituyen. En los sólidos cristalinos, los átomos se
organizan siguiendo un patrón de regularidad que se repite en todo el espacio ocupado por el
cuerpo (Figura 1). En los sólidos policristalinos existentambién determinados patrones de
regularidad que se repiten en regiones locales del cuerpo y que pueden variar de una de estas
regiones a otra. Y por último existen sólidos llamados amorfos donde los átomos constituyentes
están localizados de una manera arbitraria, no pudiéndose encontrar ningún patrón de regularidad.
En la actualidad todos los dispositivos electrónicos están construidos sobre...
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