Semiconductores fisica
Páginas: 41 (10166 palabras)
Publicado: 8 de noviembre de 2010
CONTENIDO GENERAL 1. INTRODUCCIÓN 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. La ley de Moore. Las nanoestructuras, la mecánica cuántica y los semiconductores. La ciencia de materiales. Semiconductores.
1.4.1. Semiconductores intrínsecos. 1.4.2. Compuestos semiconductores. 1.4.3. Aleaciones semiconductoras. 1.4.4. Óxidos semiconductores. 1.4.5. Semiconductores orgánicos.
2. DESCRIPCIÓN CLÁSICA DE LA CONDUCCIÓNELÉCTRICA
2.1. 2.2. 2.3.
Modelo de gas ideal. Efecto Hall. Dependencia de la resistividad eléctrica con la temperatura. 3. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS SÓLIDOS
3.1. 3.2. 3.3.
Redes de Bravais. Vectores y celdas primitivas. Índices de Miller, planos y direcciones cristalinas. 4. RED RECÍPROCA
4.1. 4.2.
Red recíproca. Zona de Brillouin.
CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN 1.5. 1.6. 1.7. 1.8.La ley de Moore. Las nanoestructuras, la mecánica cuántica y los semiconductores. La ciencia de materiales. Semiconductores.
1.8.1. Semiconductores intrínsecos. 1.8.2. Compuestos semiconductores. 1.8.3. Aleaciones semiconductoras. 1.8.4. Óxidos semiconductores. 1.8.5. Semiconductores orgánicos.
Usualmente se define un semiconductor como un material que presenta resistividad eléctrica en unrango de 10 -2 y 109 .cm. Sin embargo, se puede definir un semiconductor
de una forma mucho mas precisa diciendo que es un material cuya brecha prohibida de energía (energy gap, Eg) esta entre 0 y 3 eV (se definirá este concepto en el capítulo 4), Materiales con Eg igual acero son metales o semi-metales y, por el contrario, materiales con Eg mayor que 3 eV son aislantes. Indudablemente, elsemiconductor mas estudiado y mas utilizado en aplicaciones tecnológicas es el silicio, sin embargo, hay una gran cantidad de materiales semiconductores que son muy importantes en aplicaciones tecnológicas actuales. En lo que sigue se dará un breve repaso a la historia de la electrónica y el impacto que tuvieron en ella los materiales semiconductores. Después se dará una breve descripción del papel quejuegan los semiconductores en la ciencia y la tecnología actuales. Finalmente se dará una descripción de las diferentes clases de semiconductores que tienen relevancia tecnológica. 1.1. La ley de Moore
La ciencia de la electrónica surge en 1883 con la invención de las válvulas al vacío (también llamados válvulas termo-iónicas) por parte de Thomas Edison. A partir de la válvula al vacío sedesarrollaron dos dispositivos electrónicos fundamentales: El kenotrón (después llamado diodo) inventado por John A. Flemming que permitió la rectificación de señales alternas y el Audión (comúnmente denominado triodo) por Lee De Forest, con el cual se pudieron amplificar señales. El intento por mejorar el funcionamiento del triodo llevó a la invención de otros tantos dispositivos tales como lostetrodos, pentodos, hexodos, heptodos, etc. Lo realmente importante es que estos
rectificadores/amplificadores dieron lugar a la invención de la radio, la televisión, las centrales telefónicas, los computadores y, en general, a toda la industria electrónica a la cuál hoy estamos tan acostumbrados. Claude Shannon demostró en 1938 que las operaciones booleanas se pueden representar mediante lacombinación de circuitos conmutadores eléctricos y en 1943 se logró implementar esta tecnología por medio de tubos al vacío, lo que desembocó en la primera computadora digital llamada ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculador) diseñada por John W. Mauchly y J. Eckert. Posteriormente, en 1946, estos dos científicos, basados en “La maquina de Von Neumann” construyeron la primera computadora concapacidad de almacenamiento de memoria EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Este tipo de computadoras ocupaban alrededor de 28m3, consumían 25 kW, realizaban 5000
operaciones por segundo, estaban constituidas por 17000 válvulas al vacío y costaban varios cientos de miles de dólares. En 1947 la historia de la electrónica –y quizá de la humanidad– se divide en dos: J....
1.4.1. Semiconductores intrínsecos. 1.4.2. Compuestos semiconductores. 1.4.3. Aleaciones semiconductoras. 1.4.4. Óxidos semiconductores. 1.4.5. Semiconductores orgánicos.
2. DESCRIPCIÓN CLÁSICA DE LA CONDUCCIÓNELÉCTRICA
2.1. 2.2. 2.3.
Modelo de gas ideal. Efecto Hall. Dependencia de la resistividad eléctrica con la temperatura. 3. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS SÓLIDOS
3.1. 3.2. 3.3.
Redes de Bravais. Vectores y celdas primitivas. Índices de Miller, planos y direcciones cristalinas. 4. RED RECÍPROCA
4.1. 4.2.
Red recíproca. Zona de Brillouin.
CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN 1.5. 1.6. 1.7. 1.8.La ley de Moore. Las nanoestructuras, la mecánica cuántica y los semiconductores. La ciencia de materiales. Semiconductores.
1.8.1. Semiconductores intrínsecos. 1.8.2. Compuestos semiconductores. 1.8.3. Aleaciones semiconductoras. 1.8.4. Óxidos semiconductores. 1.8.5. Semiconductores orgánicos.
Usualmente se define un semiconductor como un material que presenta resistividad eléctrica en unrango de 10 -2 y 109 .cm. Sin embargo, se puede definir un semiconductor
de una forma mucho mas precisa diciendo que es un material cuya brecha prohibida de energía (energy gap, Eg) esta entre 0 y 3 eV (se definirá este concepto en el capítulo 4), Materiales con Eg igual acero son metales o semi-metales y, por el contrario, materiales con Eg mayor que 3 eV son aislantes. Indudablemente, elsemiconductor mas estudiado y mas utilizado en aplicaciones tecnológicas es el silicio, sin embargo, hay una gran cantidad de materiales semiconductores que son muy importantes en aplicaciones tecnológicas actuales. En lo que sigue se dará un breve repaso a la historia de la electrónica y el impacto que tuvieron en ella los materiales semiconductores. Después se dará una breve descripción del papel quejuegan los semiconductores en la ciencia y la tecnología actuales. Finalmente se dará una descripción de las diferentes clases de semiconductores que tienen relevancia tecnológica. 1.1. La ley de Moore
La ciencia de la electrónica surge en 1883 con la invención de las válvulas al vacío (también llamados válvulas termo-iónicas) por parte de Thomas Edison. A partir de la válvula al vacío sedesarrollaron dos dispositivos electrónicos fundamentales: El kenotrón (después llamado diodo) inventado por John A. Flemming que permitió la rectificación de señales alternas y el Audión (comúnmente denominado triodo) por Lee De Forest, con el cual se pudieron amplificar señales. El intento por mejorar el funcionamiento del triodo llevó a la invención de otros tantos dispositivos tales como lostetrodos, pentodos, hexodos, heptodos, etc. Lo realmente importante es que estos
rectificadores/amplificadores dieron lugar a la invención de la radio, la televisión, las centrales telefónicas, los computadores y, en general, a toda la industria electrónica a la cuál hoy estamos tan acostumbrados. Claude Shannon demostró en 1938 que las operaciones booleanas se pueden representar mediante lacombinación de circuitos conmutadores eléctricos y en 1943 se logró implementar esta tecnología por medio de tubos al vacío, lo que desembocó en la primera computadora digital llamada ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculador) diseñada por John W. Mauchly y J. Eckert. Posteriormente, en 1946, estos dos científicos, basados en “La maquina de Von Neumann” construyeron la primera computadora concapacidad de almacenamiento de memoria EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Este tipo de computadoras ocupaban alrededor de 28m3, consumían 25 kW, realizaban 5000
operaciones por segundo, estaban constituidas por 17000 válvulas al vacío y costaban varios cientos de miles de dólares. En 1947 la historia de la electrónica –y quizá de la humanidad– se divide en dos: J....
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