Semiconductores

Universidad de Oviedo

Área de Tecnología Electrónica

Introducción a la Electrónica de Dispositivos
Objetivo: Introducir los conceptos básicos sobre el funcionamiento de los dispositivos semiconductores Asignaturas: •Dispositivos Electrónicos (1º de Ing. Telecomunicación) •Electrónica General (4º de Ing. Industrial) Autor: Javier Sebastián Zúñiga

Departamento de Ingeniería Eléctrica,Electrónica, de Computadores y de Sistemas
ATE-UO present.

Universidad de Oviedo

Área de Tecnología Electrónica

Introducción a la Electrónica de Dispositivos
•Materiales semiconductores (Sem01.ppt) •La unión PN y los diodos semiconductores (Pn01.ppt) •Transistores (Trans01.ppt)
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, de Computadores y de Sistemas
ATE-UO Sem 00

Materialessemiconductores (I)
Semiconductores elementales: Germanio (Ge) y Silicio (Si) Compuestos IV: SiC y SiGe Compuestos III-V: Binarios: GaAs, GaP, GaSb, AlAs, AlP, AlSb, InAs, InP y InSb Ternarios: GaAsP, AlGaAs Cuaternarios: InGaAsP Compuestos II-VI: ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe y CdTe

Son materiales de conductividad intermedia entre la de los metales y la de los aislantes, que se modifica en granmedida por la temperatura, la excitación óptica y las impurezas.
ATE-UO Sem 01

Materiales semiconductores (II)
•Estructura atómica del Carbono (6 electrones) 1s2 2s2 2p2

•Estructura atómica del Silicio (14 electrones) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

•Estructura atómica del Germanio (32 electrones) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2

4 electrones en la última capa
ATE-UO Sem 02

Materialessemiconductores (III)
Carbono gaseoso (6 electrones) 1s2, 2s2, 2p2 4 estados vacíos

- - - Distancia interatómica Banda de estados

2p2 2s2 1s2

Estados discretos (átomos aislados)
ATE-UO Sem 03

Materiales semiconductores (IV)
Reducción de la distancia interatómica del Carbono

Energía

- - - - - - - Distancia interatómica

Diamante: Cúbico, transparente, duro y aislante

Grafito:Hexagonal, negro, blando y conductor
ATE-UO Sem 04

Diagramas de bandas (I)
Diagrama de bandas del Carbono: diamante Banda de conducción Banda prohibida Banda de valencia

Energía

4 estados/átomo Eg=6eV - - - 4 electrones/átomo

Si un electrón de la banda de valencia alcanzara la energía necesaria para saltar a la banda de conducción, podría moverse al estado vacío de la banda deconducción de otro átomo vecino, generando corriente eléctrica. A temperatura ambiente casi ningún electrón tiene esta energía. Es un aislante.
ATE-UO Sem 05

Diagramas de bandas (II)
Diagrama de bandas del Carbono: grafito
Energía
4 estados/átomo

Banda de conducción

- - 4 electrones/átomo

Banda de valencia

No hay banda prohibida. Los electrones de la banda de valencia tienen lamisma energía que los estados vacíos de la banda de conducción, por lo que pueden moverse generando corriente eléctrica. A temperatura ambiente es un buen conductor.
ATE-UO Sem 06

Diagramas de bandas (III)
Diagrama de bandas del Ge
Energía

4 estados/átomo Eg=0,67eV - - - 4 electrones/átomo

Banda de conducción Banda prohibida Banda de valencia

Si un electrón de la banda de valenciaalcanza la energía necesaria para saltar a la banda de conducción, puede moverse al estado vacío de la banda de conducción de otro átomo vecino, generando corriente eléctrica. A temperatura ambiente algunos electrones tienen esta energía. Es un semiconductor.
ATE-UO Sem 07

Diagramas de bandas (IV)
Banda de conducción Eg Banda de valencia Aislante Eg=5-10eV Banda de conducción
Eg

Banda deconducción

Banda de valencia Semiconductor Eg=0,5-2eV

Banda de valencia Conductor No hay Eg

A 0ºK, tanto los aislantes como los semiconductores no conducen, ya que ningún electrón tiene energía suficiente para pasar de la banda de valencia a la de conducción. A 300ºK, algunos electrones de los semiconductores alcanzan este nivel. Al aumentar la temperatura aumenta la conducción en los...