Fundamentos De Semiconductores
Páginas: 18 (4295 palabras)
Publicado: 8 de junio de 2012
Fundamento de semiconductores
1.1
Estructura cristalina
El carbono, el silicio y el germanio, elementos del grupo IVa de la tabla periódica, pueden formar estructuras cristalinas en las que los átomos comparten los 4 electrones de valencia con 4 átomos vecinos.
A través de estos enlaces covalentes cada átomo completa los 8 electrones de su último nivel.
Estos cristales son aislantesperfectos a 0ºK, pues todos los electrones están fuertemente atrapados en los enlaces covalentes de la estructura. El silicio cristaliza en fase cúbica, con los átomos dispuestos en las caras, aunque es posible identificar un patrón tetraédrico más pequeño. Por simplicidad se suele utilizar una representación plana de la estructura.
[pic]
Electrones y huecos. Generación y recombinación
Atemperatura ambiente algunos electrones adquieren suficiente energía para liberarse de los enlaces.
Cuando esto ocurre queda un electrón libre que puede moverse por la red cristalina, y un “hueco” (electrón ausente en el enlace covalente) que también se desplaza. El movimiento del hueco es en realidad el paso de electrones de enlaces covalentes adyacentes, pero se interpreta como el movimiento de unapartícula ficticia de carga eléctrica positiva. El movimiento de ambos tipos de partículas será aleatorio a través de la estructura cristalina.
[pic]
Figura 2: Movimiento de electrones y huecos en el semiconductor
Cuando un electrón libre y un hueco coinciden en un átomo, se produce la recombinación: el electrón libre vuelve al enlace, “desapareciendo” ambos portadores(electrón libre y hueco).
La velocidad con que se generan pares electrón-hueco crece con la temperatura, pues a mayor energía media aumenta la probabilidad de que se rompa un enlace. Haciendo una aproximación lineal podemos escribir
Generación térmica G=KG. T [1]
T temperatura en ºK[portadores/(ºK.segundo)]
La velocidad de recombinación es a su vez proporcional a la concentración de electrones ni y a la concentración de huecos pi, pues a mayor concentración de uno u otro tipo aumenta la probabilidad de que se encuentren. El subíndice i hace referencia a que estamos analizando el Silicio intrínseco, que equivale a decir Silicio puro,en contraposición al impurificado que veremos más adelante.
Recombinación R = KR.ni.p i [2]
con KR constante de proporcionalidad [portadores/(ºK.segundo)]
A cierta temperatura, se producirán KG. T y desaparecerán KR.ni.pi electrones yhuecos por segundo.
Las concentraciones ni y pi crecerán hasta que generación y recombinación se equilibren es decir:
En el equilibrio G = R KG.T=KR.ni.pi [3]
A temperatura ambiente la concentración relativa de huecos y de electrones en el Silicio es del orden de
10-12 (10-9 en el Germanio) yaproximadamente se duplica cada 10ºC.
ni = pi=10-9 [4]
Así a temperatura ambiente el silicio intrínseco conduce débilmente, debido a estos portadores libre
REDES CRISTALINAS
Estructuras periódicas
Un sólido cristalino se distingue porel hecho de que sus átomos forman un cristal que están arreglados en forma periódica. Esto es, hay algunos arreglos básicos que se repiten a través de todo el sólido. A un patrón completo se le llama cristal. Así el cristal aparece exactamente el mismo en un punto como en otros puntos equivalentes, de esta manera se descubre la periodicidad básica o patrón. Sin embargo no todos los sólidos...
1.1
Estructura cristalina
El carbono, el silicio y el germanio, elementos del grupo IVa de la tabla periódica, pueden formar estructuras cristalinas en las que los átomos comparten los 4 electrones de valencia con 4 átomos vecinos.
A través de estos enlaces covalentes cada átomo completa los 8 electrones de su último nivel.
Estos cristales son aislantesperfectos a 0ºK, pues todos los electrones están fuertemente atrapados en los enlaces covalentes de la estructura. El silicio cristaliza en fase cúbica, con los átomos dispuestos en las caras, aunque es posible identificar un patrón tetraédrico más pequeño. Por simplicidad se suele utilizar una representación plana de la estructura.
[pic]
Electrones y huecos. Generación y recombinación
Atemperatura ambiente algunos electrones adquieren suficiente energía para liberarse de los enlaces.
Cuando esto ocurre queda un electrón libre que puede moverse por la red cristalina, y un “hueco” (electrón ausente en el enlace covalente) que también se desplaza. El movimiento del hueco es en realidad el paso de electrones de enlaces covalentes adyacentes, pero se interpreta como el movimiento de unapartícula ficticia de carga eléctrica positiva. El movimiento de ambos tipos de partículas será aleatorio a través de la estructura cristalina.
[pic]
Figura 2: Movimiento de electrones y huecos en el semiconductor
Cuando un electrón libre y un hueco coinciden en un átomo, se produce la recombinación: el electrón libre vuelve al enlace, “desapareciendo” ambos portadores(electrón libre y hueco).
La velocidad con que se generan pares electrón-hueco crece con la temperatura, pues a mayor energía media aumenta la probabilidad de que se rompa un enlace. Haciendo una aproximación lineal podemos escribir
Generación térmica G=KG. T [1]
T temperatura en ºK[portadores/(ºK.segundo)]
La velocidad de recombinación es a su vez proporcional a la concentración de electrones ni y a la concentración de huecos pi, pues a mayor concentración de uno u otro tipo aumenta la probabilidad de que se encuentren. El subíndice i hace referencia a que estamos analizando el Silicio intrínseco, que equivale a decir Silicio puro,en contraposición al impurificado que veremos más adelante.
Recombinación R = KR.ni.p i [2]
con KR constante de proporcionalidad [portadores/(ºK.segundo)]
A cierta temperatura, se producirán KG. T y desaparecerán KR.ni.pi electrones yhuecos por segundo.
Las concentraciones ni y pi crecerán hasta que generación y recombinación se equilibren es decir:
En el equilibrio G = R KG.T=KR.ni.pi [3]
A temperatura ambiente la concentración relativa de huecos y de electrones en el Silicio es del orden de
10-12 (10-9 en el Germanio) yaproximadamente se duplica cada 10ºC.
ni = pi=10-9 [4]
Así a temperatura ambiente el silicio intrínseco conduce débilmente, debido a estos portadores libre
REDES CRISTALINAS
Estructuras periódicas
Un sólido cristalino se distingue porel hecho de que sus átomos forman un cristal que están arreglados en forma periódica. Esto es, hay algunos arreglos básicos que se repiten a través de todo el sólido. A un patrón completo se le llama cristal. Así el cristal aparece exactamente el mismo en un punto como en otros puntos equivalentes, de esta manera se descubre la periodicidad básica o patrón. Sin embargo no todos los sólidos...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.