Semiconductores

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Agosto 2010

DESCUBRIMIENTO DE LOS SEMICONDUCTORES Y PRIMERAS APLICACIONES
1782 A. Volta 1833 M. Faraday 1874 F. Braun 1897 J.J. Thomson 1901 V. E. Riecke

Introduce la palabra “semiconductor” Descubre que la conductividad de algunos materiales aumenta con T Primer diodo de vacío Descubrimiento del electrón Descubre que la corriente eléctrica en los metales es debida al movimiento de loselectrones Postula que la resistividad de los semiconductores depende de T Propone una teoría de bandas del sólido y el concepto de impurezas donadoras y aceptoras. Concepto de hueco como quasi-partícula de carga positiva quasiPrograma de búsqueda para sustituir los conmutadores electromecánicos con otros basados en semiconductores. Shockley: dispositivo amplificador basado en semiconductores Primerfotodiodo basado en la unión p/n de silicio Invención del transistor ( Bardeen, Brattain, Shockley ) Primera radio de transistor Western Electric: primer transistor comercial (amplificador para auriculares para sordos)
1

1903 J. Koenigsberg

1931 A. Wilson 1931 W. Heisenberg

1936 Bell T. Laboratories 1939 1940 1947 1948 1951

1956

Bardeen, Bardeen, Brattain e Shockley reciben elpremio Nobel por la descubrimiento del transistor.

Agosto 2010 2

MATERIALES SEMICONDUCTORES
Diferencias conductor – semiconductor Semiconductores. Conducción intrínseca y extrínseca Modelo de bandas de energía Ley de acción de masas Ley de la neutralidad eléctrica Corrientes de desplazamiento Corrientes de difusión

Agosto 2010

Más 3

MÁS

Propiedades del germanio y el silicioConcentraciones de portadores Conductividad de semiconductores Variación de potencial en un semiconductor con dopado no uniforme

Agosto 2010 4

DIFERENCIAS CONDUCTOR – SEMICONDUCTOR Influencia de la temperatura en la resistencia 108 (Ωm)-1 106 (Ωm)-1
σ σ

Cu

Ge

T

T

Efecto Hall Fotoresistencia
Agosto 2010 5

EFECTO HALL
En conductores
VH va F J

B

En semiconductores:silicio dopado con galio
-VH F B
Agosto 2010 6



va J

.

VARIACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD POR ILUMINACIÓN
Fotoconductividad del Ge

luz

A
Frecuencia radiación Energía de los fotones

Agosto 2010 7

ESTRUCTURA DE UN METAL

+ + + + + + + + + + + + + + +

+ + ++ + + + + +

+ + + +

+ + + + + + + + + +

+

+ + + + +

+

≈1029 e- libres/m3

Agosto 2010 8 ESTRUCTURA DE UN SEMICONDUCTOR

Agosto 2010 9

.

Agosto 2010 10

SEMICONDUCTORES. CONDUCCIÓN INTRÍNSECA

r
E

A 300 K: 1e– cada 109 átomos, 1019 e–/m3

Concentración de e-: (n) Ge Concentración de h : (p)

n=p
> T=0K
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SEMICONDUCTORES. CONDUCCIÓN EXTRÍNSECA
tipo N

r

E
e– poco ligado (0.03 -0.1 eV)

tipo P

A s

Ga
e– ocupa el hueco (0.04 -0.12 eV)Átomo donador P,As,Sb: (ND) Portadores mayoritarios: n ≈ 1022/m3 Portadores minoritarios: p ≈ 1016/m3
Agosto 2010

Átomo aceptor B,Al,Ga,In: (NA) Portadores mayoritarios: p ≈ 1022/m3 Portadores minoritarios: n ≈ 1016/m3
12

.

DONADORES Y ACEPTORES PARA EL SILICIO
1 2

H
1,008 3 4 5 6 7 8 9

He
4,003 10

Li
6,941 11

Be
9,012 12

B
10,811 13

C
12,011 14

N
14,007 15O
15,999 16

F
18,998 17

Ne
20,183 18

Na
22,990 19

Mg
24,305 20 30 ...

Al
26,982 31

Si
28,086 32

P
30,974 33

S
32,064 34

Cl
35,453 35

Ar
39,948 36

K
39,10 37

Ca
40,08 38

Zn
65,37 48

Ga
69,72 49

Ge
72,59 50

As
74,92 51

Se
78,96 52

Br
79,91 53

Kr
83,80 54

Rb
85,47 55

Sr
87,62 56

...

Cd
112,40 80

In114,82 81

Sn
118,89 82

Sb
121,75 83

Te
127,60 84

I
126,90 85

Xe
131,30 86

Cs
132,91

Ba
137,33

...

Hg
200,59

Tl
204,37

Pb
207,19

Bi
208,98

Po
(210)

At
(210)

Rn
(222)

Agosto 2010 13

DONADORES Y ACEPTORES PARA EL GERMANIO
1 2

H
1,008 3 4 5 6 7 8 9

He
4,003 10

Li
6,941 11

Be
9,012 12

B
10,811 13

C
12,011 14

N...
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