SEMICONDUCTORES

Diapositiva 1
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Estructura cristalina de un semiconductor.
Electrones y huecos.
n
n
Estructura de enlaces covalentes
Cristal tetraédrico con un átomo en cada vértice
Hueco
T= 0ºK
T> 0ºK
Diapositiva 2
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Semiconductores intrínsecos: estructura
cristalina de un solo tipo de átomos
n
n
Característica: n = p = ni
Par electrón-hueco
w Generación (agitación térmica)
w Recombinación (centros de recombinación)
Diapositiva 3
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Procesos
Procesos de
de generación
generación yy
recombinación.
recombinación.
Vida
Vida media
media de
de los
los portadores
portadores
nn Naturaleza
Naturaleza de
de los
los centros
centros de
de
recombinación
recombinación
nn Efectos
Efectos de
de los
los centros
centros de
de recombinación
recombinación
nn
Diapositiva 4
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Mecanismo de contribución del hueco a la
conducción.
n
Los electrones de valencia ligados “saltan”, con
relativa facilidad, al hueco dejado por otro
electrón al pasar a su estado libre
Diapositiva 5
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Aplicación de un campo eléctrico a
un semiconductor intrínseco
n
Densidad de corriente
n
Conductividad
J =σ ×E
σ = qni ( µ n + µ p )
Diapositiva 6
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Ejercicio 1 . Una muestra de germanio intrínseco de 1 cm de longitud y 2 x
2 mm de sección cuadrada, es atravesada por una corriente de 6 mA
cuando se aplica una diferencia de tensión entre sus extremos de 1 V.
La movilidad de los electrones es de 3.800 cm2 /V.s y de los huecos
1.800 cm2/V.s. Calcular:
a)
la densidad electrónica
b)
Las velocidades de desplazamiento o de arrastre de los portadores.
Diapositiva 7
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Distribución en energía de los electrones
libres en un semiconductor
n
Función de distribución de energía o densidad de
electrones por unidad de energía
ρ E = f ( E) × N ( E)
n
Densidad de estados cuánticos por unidad de
energía
N ( E ) = γ ( E − EC )
n
1
2
Función de probabilidad de Fermi-Dirac
Diapositiva 8
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Función de probabilidad de Fermi-Dirac
n Probabilidad de que un estado cuántico de energía
E esté ocupado por un electrón, también
especifica la fracción de todos los estados de
energía E ocupados en condiciones de equilibrio
térmico
Banda de
conducción
f (E ) =
EC
1
1+ e
E− EF
kT
EV
Banda
prohibida
Banda de
valencia
Diapositiva 9
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CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Densidad electrónica en la banda de conducción.
n Representa el número de electrones libres por
unidad de volumen con energías comprendidas
entre el nivel de energía más bajo de la banda de
conducción EC y la energía más alta (+∞).
n Expresión:
∞
n = ∫ ρ E dE
EC
n = NC e
−
EC − EF
kT
Diapositiva 10
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Distribución en energía de los huecos en un
semiconductor
n
Función de distribución de energía o densidad de
huecos por unidad de energía
ρ P = (1 − f (E )) × N (E )
n
Densidad de estados cuánticos por unidad de
energía
N ( E ) = γ ( EV − E)
n
1
2
Función de probabilidad de Fermi-Dirac
Diapositiva 11
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Función de probabilidad para los huecos
n
Probabilidad de que un estado cuántico de
energía E en la banda de valencia esté vacío,
también especifica la fracción de todos los estados
de energía E vacíos en condiciones de equilibrio
térmico
1 − f (E ) =
e
E −EF
kT
1+ e
E− EF
kT
Diapositiva 12
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Densidad de huecos en la banda de valencia.
n Representa el número de huecos por unidad
de volumen con energías comprendidas entre
la energía más baja (-∞) y el nivel de energía
más alto de la banda de valencia EV
n Expresión:
EV
p = ∫ ρ P dE
−∞
p = NV e
−
E F − EV
kT
Diapositiva 13
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CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Nivel de Fermi en un semiconductor intrínseco
n Expresión:
Banda de
conducción
E + EV kT
N
EF = C
−
Ln C
2
2
NV
EC
EF
EV
Banda
prohibida
Banda de
valencia
Diapositiva 14
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Ejercicio 2 . Cálculo de la distancia de la energía de Fermi al centro de la
banda prohibida.
DATOS
INCOGNITAS
mn /mp
2,00 Distancia (eV)
Temperatura (ºK)
500 Posición respecto a la mitad de la B.P.
-2,24E-02
de bajo
Diapositiva 15
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SEMICONDUCTORES
Concentración
Concentración intrínseca
intrínseca en
en los
los
semiconductores
semiconductores
nn
Dependencia
Dependencia con
con la
la temperatura
temperatura
EGO
−
3
kT
ni2 = AoT e