Unidad 1 Teor a de lo Semiconductores


MATERIALES SEMICONDUCTORES


DEFINICIÓN
La denominación semiconductor advierte en sí misma sus características. El prefijo semi es aplicado normalmente a un rango de nivel entre dos límites.

*El término conductor se aplica a cualquier material que permite un flujo generoso de carga cuando una fuente de voltaje de magnitud limitada se aplica a través de sus terminales.
*Un aislante odieléctrico es un material que presenta un nivel muy inferior de conductividad cuando se encuentra bajo la presión de una fuente de voltaje aplicada.
*Un semiconductor, por lo tanto, es un material que posee un nivel de conductividad que se localiza entre los extremos de un dieléctrico y de un conductor.

De una manera general, se define a los elementos semiconductores como materiales cuya resistividadse encuentra comprendida entre la de los aislantes (1012Ω*cm) y la de los conductores (10-5Ω*cm) y cuya conductividad aumenta al aumentar la temperatura. Esta definición resulta insuficiente, ya que algunos materiales conductores pueden tener una resistividad mayor que la de ciertos materiales semiconductores y la resistividad de los aislantes disminuye al aumentar la temperatura.
Para poderdefinir de manera más precisa lo que es un semiconductor, es necesario emplear alguno de los conceptos de Mecánica Cuántica, como la teoría de bandas de energía, y que permite explicar de una manera más precisa los fenómenos de conducción en los sólidos y en particular en los semiconductores.
En general, los procesos de conducción observados en dispositivos construidos con materiales semiconductoresson más difíciles de analizar que en el caso de dispositivos en los cuales los fenómenos de conducción se realizan en vacío. En este último caso, por ejemplo, se tiene siempre un solo tipo de portadores de carga, que son los electrones, mientras que en el caso de los semiconductores siempre existen dos tipos de portadores: los electrones y los huecos.


*NOTA 1*
MATERIALES ELÉCTRICOS

1.AISLADORES {Resistividad (ρ) Alta: ρ → Ω∙m}
Vidrio, porcelana, plásticos, teflón, papel, vacío, mica, mylar, policarbonato, aceites dieléctricos, momax, SiO2.

2. SEMICONDUCTORES:
Intrínsecos (puros):
Germanio (Ge): Es el primer elemento en utilizar en la industria, muy sensible a los cambios de temperatura (existen circuitos que trabajan a muy alta frecuencia)
Silicio (Si): Es el segundo empleado en laindustria, barato, menos sensible a la temperatura pero no tan rápido, es decir, aguanta más rango de temperatura.
Arseniuro de Galio (AsGa): Este compuesto es más moderno, es costoso, resiste mayor margen de temperatura de trabajo y sumamente rápido.





*NOTA 2*
En el siguiente diagrama se muestran las propiedades que hacen a los semiconductores los materiales de elección para losdispositivos. Estas propiedades también ponen una enorme carga en los procesos de fabricación.

Propiedades que dan a los semiconductores habilidades únicas para producir dispositivos inteligentes

Demandas situadas en las técnicas de crecimiento de cristales/fabricación de dispositivos
Estructura de bandas, banda de valencia, de conducción y región de bandas de energía prohibidas

Técnicas de crecimientocristalino de alta calidad que producen mínimos defectos en la densidad del material
Introducción controlada de adulterante para alterar la conductividad del material en más de 10 órdenes de magnitud

Técnicas de adulteración o “dopado” ex-situ (después del crecimiento cristalino) e in-situ (durante el crecimiento cristalino)
Aislamiento de las regiones de un dispositivo y contactos eléctricosDeposición de película delgada de aislantes y metales
Estructuras de pequeñas dimensiones para alta velocidad/alta densidad

Técnicas de grabado y litografía

Teoría de las bandas de energía (bandas de conductividad)
El estudio de la repartición de los electrones dentro de un sólido se efectúa en Mecánica Cuántica considerando que todo electrón en movimiento tiene una onda asociada, cuya longitud...