SEMICONDUCTORES

Diapositiva 1
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Semiconductores
Semiconductores extrínsecos:
extrínsecos:
estructura
estructura cristalina
cristalina de
de Ge
Ge oo Si
Si con
con
impurezas
impurezas en
en bajo
bajo porcentaje
porcentaje de
de
átomos
átomos distintos.
distintos.
Característica:
Característica: nn ≠≠pp ≠≠nnii
nn Clasificación:
Clasificación:
nn
wwTipo-n
Tipo-n
wwTipo-p
Tipo-p
Diapositiva 2
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Clases
Clases de
de semiconductores
semiconductores extrínsecos:
extrínsecos:
Diapositiva 3
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Semiconductor tipo-n.
n
n
Impurezas: P, As, Sb
Concentraciones
w n>ni
w P<n i
n
Mecanismo de conducción
Diapositiva 4
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Semiconductor tipo-p.
n
n
Impurezas: B, Ga, In
Concentraciones
w n<ni
w p>n i
n
Mecanismo de conducción
Diapositiva 5
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Leyes
Leyes
nn
Ley
Ley de
de igualdad
igualdad de
de carga
carga n + N A = p + N D
nn
Ley
Ley de
de acción
acción de
de masas
masas
ni2 = n × p
Diapositiva 6
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Ejercicio 3 . Determinar la concentración de electrones y de huecos en un
semiconductor según los datos que se aportan, expresando el tipo de
semiconductor que representa.
DATOS
INCOGNITAS
Elemento (cristal)
N D (Atomos donadores/cm
3
)
Silicio(Si) n i a T º K ( c m -3)
8,01E+12
3
2,00E+14 Concentración electrónica (electrones/cm )
6,37E+11
N A (Atomos aceptores/cm 3)
3
3,00E+14 Concentración huecos (huecos/cm )
n i a 3 0 0 º K ( c m -3)
1,50E+10 MATERIAL
E GO a 0 º K ( e V )
Temperatura (ºK)
1,21
400
1,01E+14
tipo-p
Diapositiva 7
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Concentración
Concentraciónintrínseca
intrínsecaen
enlos
lossemiconductores
semiconductores
nn Dependencia
con
la
temperatura
Dependencia con la temperatura
Zona
extrínseca
Zona
intrínseca
Diapositiva 8
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Conducción
Conducción en
en los
los semiconductores
semiconductores
nn
Densidad
Densidad de
de corriente
corriente de
de arrastre
arrastre
J = q ( nµ n + pµ p ) E
nn
Conductividad
Conductividad
σ = q( nµ n + pµ p )
Diapositiva 9
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Variación
Variación de
de la
la movilidad
movilidad de
de portadores
portadores
en
en función
función de
de la
la temperatura
temperatura
electrones
huecos
Diapositiva 10
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Variación
Variación de
de la
la movilidad
movilidad de
de portadores
portadores
en
en función
función de
de la
la concentración
concentración
Portadores mayoritarios
Portadores minoritarios
Diapositiva 11
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Variación
Variación de
de la
la
conductividad
conductividad en
en
función
función del
del recíproco
recíproco
de
de la
la temperatura
temperatura
absoluta
absoluta
Diapositiva 12
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Ejercicio 4 . Variación de la conductividad (resistividad) de un semiconductor
con la concentración de portadores.
DATOS
Elemento (cristal)
N D
(Atomos donadores/cm 3)
N A (Atomos aceptores/cm 3)
n i a 300ºK (cm
-3
INCOGNITAS
Silicio(Si)
)
E GO a 0 º K ( e V )
n i a T º K ( c m -3 )
2,00E+14 Concentración electrónica (electrones/cm
3
3,00E+14 Concentración huecos (huecos/cm )
1,50E+10 MATERIAL
400 Densidad de corriente (A/cm
Movilidad de huecos (cm 2 / V.s)
500 Velocidad de huecos (cm/s)
Campo eléctrico aplicado (V/cm)
6,37E+11
1,01E+14
8,23E-03
2
)
1800 Velocidad de electrones (cm/s)
2
)
tipo-p
-1
1,21 Conductividad (ohmios-cm)
Temperatura (ºK)
Movilidad de electrones (cm 2 / V . s )
8,01E+12
3
1,65E-02
1000,00
3600,00
Diapositiva 13
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Semiconductor tipo-n
n
Característica:
n
Nivel de Fermi
EF = EC − kT × Ln
n ≅ ND
ni2
p≅
ND
Banda de
conducción
NC
ND
EC
EF
EV
Banda
prohibida
Banda de
valencia
Diapositiva 14
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Semiconductor tipo-p
n
Característica:
n
Nivel de Fermi
p ≅ NA
ni2
n≅
NA
Banda de
conducción
EC
N
E F = EV + kT × Ln V
NA
EF
EV
Banda
prohibida
Banda de
valencia
Diapositiva 15
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Ejercicio 5 . Posiciones del nivel de Fermi respecto a las bandas de
conducción y de valencia.
DATOS
Semiconductor
Átomos de impurezas/átomos semic.
INCOGNITAS
Tipo-n
Nº átomos de impurezas Nd
5,00E-09 Nc (1/cm3)
2,50E+14
2,50E+19
Peso atómico (g/mol)
28,1 D i s t a n c i a ( e V )
Densidad (g/cm 2 )
2,33 Posición
Masa efectiva portadores/ masa real
1,00 ¿A qué tempertura (ºK) EF=Ec?
1,39E-01
300 ¿A qué concentración EF=Ec?
2,50E+19
Temperatura (ºK)
-2,98E-01
por debajo
Diapositiva 16
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Efecto Hall
Y
B×I
VH =
1
ρ ×w
+
Fe
d
I
X
Fm
Z
B
_
w
2
Electrón
Diapositiva 17
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Efecto Hall
Y
_ 1
Fe
B× I
VH =
ρ×w
d
I
X
Fm
w
Z
B
+ 2
Hueco
Diapositiva 18
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Ejercicio 6. Efecto Hall. De acuerdo con los datos obtener las incógnitas.
DATOS
INCOGNITAS
Ancho del bloque (w) cm
0,20 Tipo de semiconductor ensayado
Largo del bloque (l) cm
1,00 C o n c e n t r a c i ó n d e i m p u r e z a s ( c m -3)
Alto del bloque (d) cm
0 , 2 0 C o n d u c t i v i d a d ( o h m i o s - c m )- 1
Intensidad (microA)
5,00 Movilidad (cm 2/ V . s )
6,00E+02
0,10 Velocidad de arrastre de portadores (cm/s)
1,50E+04
Campo magnético aplicado (Wb/m 2)
Tensión aplicada entre extremos (V)
25,00
Tensión Hall medida (mV), cara
superior-cara inferior del bloque
-30,00
Tipo-p
5,21E+10
5,00E-06
Diapositiva 19
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Difusión
Difusión de
de portadores
portadores
nn
Densidad
Densidad de
de corriente
corriente de
de difusión
difusión de
de huecos
huecos
J p = − qD p
nn
dp
dx
Densidad
Densidad de
de corriente
corriente de
de difusión
difusión de
de electrones
electrones
J n = qDn
dn
dx
Diapositiva 20
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
Movilidad
Movilidad yy constante
constante de
de difusión
difusión
Densidad de impurezas
Diapositiva 21
FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS SEMICONDUCTORES
CONDUCCION EN SEMICONDUCTORES
Ejercicio 7 . La concentración de huecos en un semiconductor sigue la ley
representada en la figura. Hallar la expresión y representar:
a)
la densidad de corriente de difusión de los huecos
b)
el campo eléctrico interno que habría que aplicar para que no haya
corriente de difusión debida a la distribución indicada
c)
el potencial entre 0 ≤ x ≤ w, sabiendo que p(0)/P0 = 104
P(0)
P(0)
P(x)
PP00
w
w
x