Teoria De Los Semiconductores

TEMA 3 TEORIA DE SEMICONDUCTORES
(Guía de clases)

Asignatura: Dispositivos Electrónicos I Dpto. Tecnología Electrónica

CONTENIDO
PARTÍCULAS CARGADAS Átomo Electrón Ión Hueco

TEORÍA DE LAS BANDAS DE ENERGÍA

AISLANTES, SEMICONDUCTORES Y METALES

MOVILIDAD Modelo de cargas de un metal

DENSIDAD DE CORRIENTE

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS Mecanismo de desplazamiento de un huecoIMPUREZAS DONADORAS Y ACEPTADORAS Semiconductor extrínseco tipo n Semiconductor extrínseco tipo p Ley de acción de masas

DENSIDAD DE CARGA EN SEMICONDUCTORES

EFECTO HALL

MODULACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD

GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN DE CARGAS Tiempo de vida medio de un portador

DIFUSIÓN

VARIACIÓN DE POTENCIAL EN UN SEMICONDUCTOR

Teoría de semiconductores. Guía de clases

pg. 1PARTÍCULAS CARGADAS Átomo: Menor partícula de un elemento químico que posee sus propiedades.

Electrón: Partícula elemental del átomo cargada negativamente. Masa: m = 9,11 . 10-31 Kg. Carga: q = 1,6 . 10-19 culombios

Ión: Partícula cargada que se origina cuando un átomo pierde o gana electrones. Su carga es igual al número de electrones perdidos (ión positivo) o ganados (ión negativo).Hueco: Ausencia de un electrón en un enlace covalente. Su carga asociada es la del electrón con signo +.

TEORÍA DE LAS BANDAS DE ENERGÍA Sólido: Cuerpo que tiene forma y volumen constantes.

Cristal: Sólido cuyas partículas están dispuestas regular y periódicamente.

El potencial característico de la estructura cristalina es una función periódica en el espacio. Debido al acoplamiento entrelas capas más exteriores de electrones de los átomos, la mecánica cuántica determina que sus niveles de energía están próximos entre sí y forman una banda de energía.

Banda prohibida

Banda conducción 4N estados 2N e0 electrones subcapa p 6N estados EG

Banda valencia 4N estados 4N electrones

2N esubcapa s 2N estados

Niveles de energía del átomo no afectados d1 d2 d3

Espaciointeratómico

ANOTACIONES

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AISLANTES, SEMICONDUCTORES Y METALES

Banda de conducción Banda prohibida Banda de valencia AISLANTE

Electrones Banda de libres conducción ≈ 1eV Huecos Banda de valencia

Banda de conducción

EG ≈ 6eV

Banda de valencia METAL

SEMICONDUCTOR

Semiconductores prácticos: Silicio (EG = 1,21 eV a 0 ºK),Germanio (EG = 0,785 eV a 0 ºK). EG (Si) = 1,21 – 3,60 . 10-4 T EG (Ge) = 0,785 – 2,23 . 10-4 T A temperatura ambiente T = 300 ºK: EG (Si) = 1’1 eV y EG (Ge) = 0’72 eV

MOVILIDAD Modelo de cargas de un metal: Región que contiene una red periódica tridimensional de iones pesados fuertemente enlazados rodeados de una nube de “gas electrónico”. Al aplicar un campo eléctrico  se cumple la 1ª ley deNewton: a = F/m = q . E/m Hasta que se llega a un equilibrio con la energía perdida en las colisiones y se llega a una velocidad media constante (similar a lo que ocurre con el rozamiento): vmedia = µ . E µ => movilidad de los electrones [m2/V . s]

ANOTACIONES

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+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

Velocidad Velocidad media (v) tiempoEl desplazamiento debido a E se superpone al debido a la agitación térmica.

DENSIDAD DE CORRIENTE Nº e- que atraviesan sección por unidad de tiempo: N/T T: tiempo que tarda e- en recorrer L => T = L/v

A

N L

I = (N/T) . q = (N . q . v)/L [Amperios] J = I/A = (N . q . v)/(A . L) [Amp./m2] n = N/(A . L) => concentración de electrones por unidad de volumen [e-/m3] ρ = n . q => densidad decarga [culomb/m3] J=n.q.v=ρ.v J=n.q.v=n.q.µ.E=σ.E σ = n . q . µ => conductividad [1/(Ω . m)]

Densidad térmica de potencia (efecto Joule) es la potencia disipada por unidad de volumen. La energía se cede a los iones en los choques: (V . I)/volumen = (E . L . J . A)/ volumen = E . J = σ . E2 [watt/m3]

ANOTACIONES

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SEMICONDUCTORES...