Semiconductores

Tema 3: Semiconductores

DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS
Tema 3: Semiconductores

Lluís Prat Viñas
Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Telecomunicació de
Barcelona (ETSETB)
Universitat Politècnica de Catalunya
Dispositivos Optoelectrónicos

Tema 3: Semiconductores

3.- Semiconductores
3.1.- Algunas notas sobre la historia de los semiconductores
3.2.- Estructura cristalina yportadores de corriente
3.3.- Bandas de energía en un semiconductor
3.4.- Semiconductor intrínseco, extrínseco tipo N y extrínseco tipo P
3.5.- Generación y recombinación de portadores
3.6.- Corrientes de difusión y de arrastre. Resistencia de un semiconductor
3.7.- Ecuaciones de continuidad
3.8.- Cargas y campos en un semiconductor
3.9.- Diagrama de bandas de energía
3.10.-Análisis de la uniónPN
3.11.-Capacidades de transición y de difusión.
3.12.-Semiconductores de gap directo y de gap indirecto
3.13.-Absorción de radiación por un semiconductor
3.14.-La unión PN bajo iluminación

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3.1.- ALGUNAS NOTAS SOBRE LA HISTORIA DE LOS SEMICONDUCTORES
1782: Alexander Volta introdujo el nombre de semiconductores para denominaruna
categoría de materiales de resistividad intermedia entre los conductores y los aislantes
1873: Willoughby Smith descubre que el selenio aumenta su
conductividad al ser iluminado.
1906: Greenleaf Pickart descubre que el silicio, la galena i
otros cistales se pueden usar como detectores de ondas de
radio presionando sobre ellos un hilo metálico (“bigote de
gato”)
1938: Walter Schottkypublica la teoria del diodo metal-semiconductor
1942: El norteamericano de origen austrìaco Karl Lark-Horovitz
consigue obtener cristales de germanio de alta pureza y calidad. Los
dopa con otros elementos y realiza rectificadores para radar. Eran
dispositivos fiables, reproducibles y fabricados en gran cantidad. Los
semiconductores empiezan a ser aceptados por la comunidad científicaDispositivos Optoelectrónicos

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NACE LA ELECTRÓNICA MODERNA: EL TRANSISTOR BIPOLAR
EL PROBLEMA. La electrónica de las válvulas de vacío consumia
mucha energía, ocupaba mucho espacio y era muy frágil. El
director de Bell Labs, Mervin Kelly organiza en 1945 un grupo de
investigación para encontar un “amplificador de estado sólido”.
1947, 23 de desembre: William Schockley,Walter Brattain i John
Bardeen descubren el transistor bipolar, un transistor de puntas de
contacto sobre germanio, mientras pretendian realizar un transistor
de efecto de campo. Premi Nobel l’any 1956.

El nombre del nuevo dispositivo
proviene de la contracción
transfer – resistor (1948).
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1952: Primera aplicación: amplificadorespara sordos
1954: Primera radio a transistores: Regency-TR1. Precio: 49,95$
+ 3,95$ por el estuche de piel + 7,50$ por el auricular.
Problemas de los transistores de germanio: mal funcionamento
al aumentar la temperatura. Potencia de salida pequeña.
Alternativa: el silicio. Misma columna tabla periódica pero
más resistivo. Pero no se sabia obtenerlo puro y cristalino.
1954: Gordon Teal,fabrica los primeros transistores bipolares de
silicio en Texas Instruments. Se confirma un excelente
comportamiento con la temperatura.

Primeros transistores de silicio
(1954)

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LA INVENCIÓN DEL CIRCUITO INTEGRADO
1958: Texas Instruments contrata a Jack Kilby el mes de
mayo. En las vacaciones de verano queda solo en la
fábrica y sededica a “jugar” realizando un circuito
biestable con todos los componentes (R, C, transistores)
de silicio. Los suelda con hilos y funciona.
Despues realiza un oscilador de fase en un único cristal de
germanio con tecnología mesa y conecta los componentes
con hilos. Vuelva a funcionar.
1959, febrero: Jack Kilby patenta su invento: el circuito
sólido.
1959, julio: Robert Noyce, de forma...