Fundamentto De Semiconductores
Páginas: 23 (5729 palabras)
Publicado: 16 de octubre de 2011
Física de Semiconductores
1.- Fundamentos de Semiconductores
1.1 El estado cristalino, redes cristalinas y crecimiento de cristales en semiconductores.
1.1.1 Redes o redes cristalinas
En esta sección nosotros discutiremos los arreglos de varios átomos de sólidos. Así, podremos distinguir entre cristales simples y otras formas de materiales e investigaremos la periodicidad de las redescristalinas.
1.1.1.1 Redes periódicas
Un sólido cristalino es distinguido por que sus átomos forman un arreglo en forma periódica. Esto es, hay algunos arreglos básicos de los átomos que son repetidos en todo el sólido. Sin embargo, no todos los sólidos son cristales (figura 1.1); algunos no tienen una red periódica bien definida (sólidos amorfos), y otros están compuestos de muchaspequeñas regiones periódicas (sólidos policristalinos).
[pic]
a) Cristalina b) Amorfa c) Policristalina
Figura 1.1. Tres tipos de sólidos, clasificados de acuerdo al arreglo atómico: las redes cristalina y amorfa son ilustradas desde el punto de vista microscópico y la red policristalina es vista microscópicamente.
Los arreglos periódicos de los átomos en un cristal sonllamados estructuras o redes. Puesto que hay muchas formas diferentes de colocar los átomos en un volumen, las distancias y orientaciones entre los átomos puede tener muchas formas. Sin embargo, en cada caso la red que contiene un volumen, llamado celda unitaria, el cual es representativo de la red entera y se repite regularmente a través de todo el cristal. Como un ejemplo de cada red, en lafigura 1.2 se muestra un arreglo de átomos en dos dimensiones con una celda unitaria comprendida en los puntos ODEF. Observe que esta celda unitaria se repite en toda la red. Las propiedades de una red cristalina periódica determinan que electrones participarán en el proceso de conducción. Así la red determina las propiedades mecánicas y eléctricas del cristal.
[pic]
Figura 1.2. Red en dosdimensiones
1.1.1.2 Redes cúbicas
La red tridimensional más sencilla es la que se forma en el volumen de un cubo, tal como las tres celdas mostradas en la figura 1.3. La red de un cubo simple tiene un átomo localizado en cada una de las esquinas del cubo. La red de un cubo con un átomo centrado tiene un átomo adicional localizado en el centro del cubo. La red de un cubo con átomos centrados en suscaras tiene átomos localizados en el centro de cada cara del cubo.
[pic]
a) Cúbica simple b) Cúbica con cuerpo centrado c) Cúbica con átomos centrados en cada cara
Figura 1.3. Celdas unitarias para tres tipos de estructuras de redes cúbicas.
Dependiendo del acomodo de los átomos en la red, la distancia entre ellos puede variar.
1.1.1.3 Redes en forma de diamante
Laestructura básica para muchos semiconductores importantes es la red en forma de diamante, la cual es característica del Si y Ge. Es importante notar desde el punto de vista electrónico que cada átomo en la estructura de diamante esta rodeado de cuatro átomos vecinos como se muestra en la figura 1.4.
[pic]
Figura 1.4. Celda unitaria en red en forma de diamante.
Esta característica serámencionada en las siguientes secciones.
1.1.2 Crecimiento de cristales en semiconductores
El progreso de la tecnología de los dispositivos de estado sólido fue debido a la invención del transistor en 1948. Los requerimientos en el crecimiento del cristal del semiconductor son más rigurosos que ésos para cualquier otro material. No solo se necesitan cristales semiconductores grandes, sino tambiénse necesita controlar la pureza de estos. Por ejemplo, en los cristales de Si se deben tener impurezas de menos de una parte por cada diez billones. Tal pureza requiere dirección y tratamiento cuidadosos del material en cada paso de la fabricación.
Los cristales de los semiconductores elementales Si y Ge son obtenidos por la separación de compuestos tales como el GeO2, SiCl4, y SiHCl3. A cada...
1.- Fundamentos de Semiconductores
1.1 El estado cristalino, redes cristalinas y crecimiento de cristales en semiconductores.
1.1.1 Redes o redes cristalinas
En esta sección nosotros discutiremos los arreglos de varios átomos de sólidos. Así, podremos distinguir entre cristales simples y otras formas de materiales e investigaremos la periodicidad de las redescristalinas.
1.1.1.1 Redes periódicas
Un sólido cristalino es distinguido por que sus átomos forman un arreglo en forma periódica. Esto es, hay algunos arreglos básicos de los átomos que son repetidos en todo el sólido. Sin embargo, no todos los sólidos son cristales (figura 1.1); algunos no tienen una red periódica bien definida (sólidos amorfos), y otros están compuestos de muchaspequeñas regiones periódicas (sólidos policristalinos).
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a) Cristalina b) Amorfa c) Policristalina
Figura 1.1. Tres tipos de sólidos, clasificados de acuerdo al arreglo atómico: las redes cristalina y amorfa son ilustradas desde el punto de vista microscópico y la red policristalina es vista microscópicamente.
Los arreglos periódicos de los átomos en un cristal sonllamados estructuras o redes. Puesto que hay muchas formas diferentes de colocar los átomos en un volumen, las distancias y orientaciones entre los átomos puede tener muchas formas. Sin embargo, en cada caso la red que contiene un volumen, llamado celda unitaria, el cual es representativo de la red entera y se repite regularmente a través de todo el cristal. Como un ejemplo de cada red, en lafigura 1.2 se muestra un arreglo de átomos en dos dimensiones con una celda unitaria comprendida en los puntos ODEF. Observe que esta celda unitaria se repite en toda la red. Las propiedades de una red cristalina periódica determinan que electrones participarán en el proceso de conducción. Así la red determina las propiedades mecánicas y eléctricas del cristal.
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Figura 1.2. Red en dosdimensiones
1.1.1.2 Redes cúbicas
La red tridimensional más sencilla es la que se forma en el volumen de un cubo, tal como las tres celdas mostradas en la figura 1.3. La red de un cubo simple tiene un átomo localizado en cada una de las esquinas del cubo. La red de un cubo con un átomo centrado tiene un átomo adicional localizado en el centro del cubo. La red de un cubo con átomos centrados en suscaras tiene átomos localizados en el centro de cada cara del cubo.
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a) Cúbica simple b) Cúbica con cuerpo centrado c) Cúbica con átomos centrados en cada cara
Figura 1.3. Celdas unitarias para tres tipos de estructuras de redes cúbicas.
Dependiendo del acomodo de los átomos en la red, la distancia entre ellos puede variar.
1.1.1.3 Redes en forma de diamante
Laestructura básica para muchos semiconductores importantes es la red en forma de diamante, la cual es característica del Si y Ge. Es importante notar desde el punto de vista electrónico que cada átomo en la estructura de diamante esta rodeado de cuatro átomos vecinos como se muestra en la figura 1.4.
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Figura 1.4. Celda unitaria en red en forma de diamante.
Esta característica serámencionada en las siguientes secciones.
1.1.2 Crecimiento de cristales en semiconductores
El progreso de la tecnología de los dispositivos de estado sólido fue debido a la invención del transistor en 1948. Los requerimientos en el crecimiento del cristal del semiconductor son más rigurosos que ésos para cualquier otro material. No solo se necesitan cristales semiconductores grandes, sino tambiénse necesita controlar la pureza de estos. Por ejemplo, en los cristales de Si se deben tener impurezas de menos de una parte por cada diez billones. Tal pureza requiere dirección y tratamiento cuidadosos del material en cada paso de la fabricación.
Los cristales de los semiconductores elementales Si y Ge son obtenidos por la separación de compuestos tales como el GeO2, SiCl4, y SiHCl3. A cada...
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