Semiconductores intrнnsecos

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MATERIALES SEMICONDUCTORES
Llobregat Abellán, Alejandra Arribas Jaen,
Elisabeth
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ESTRUCTURA DE BANDAS DE ENERGÍA DE LOS SÓLIDOS
Representación esquemática de la energía de los
electrones en función de la separación
interatómica.
(a) Representación convencional de la estructura
de bandas de energía de los materiales sólidos.
(b) Energía de los electrones frente a la
separación interatómica para un grupo de átomos.
Estructuras de bandas de energía para aislantes,
semiconductores y conductores.
Intervalo prohibido de energía para algunos
semiconductores y aislantes.
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ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS SEMICONDUCTORES

• Estructura tipo diamante Si, Ge, etc.

Semiconductores laminares dicalgenuros
MoS2.
Se apilan según el modelo AbA CbC AbA CbC

• Estructura tipo blenda GaAs, GaN, ZnS

Estructuras de bandas aproximadas para los
dicalgenuros

• Estructura hexagonal wurtzita SiC

El metal ocupa posiciones prismáticas
trigonales.
El metal ocupa posiciones
octaédricas.
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SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS
Modelo del electrón ligado para la conducción
eléctrica en el Si intrínseco, antes de la
excitación.

• Diagrama de bandas de un semiconductor

Modelo del electrón ligado en el
silicio intrínseco después de la excitación.
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SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS DE TIPO N
Un átomo de impureza (como el P) con cinco
electrones de valencia, puede sustituir a un
átomo de silicio. Cada átomo de P que se añade
produce un electrón de enlace extra que está
ligado a la impureza y se mueve a su alrededor.
Esquema de la estructura de bandas de energía
para un nivel de la impureza donadora localizado
dentro del intervalo prohibido de energía.
Excitación para formar un electrón libre.

Movimiento de este electrón libre en respuesta a
un campo eléctrico.

• Excitación desde el estado donador para crear un
  electrón libre en la banda de conducción.

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SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS DE TIPO P

• Un átomo de impureza, que tiene tres electrones
  de valencia, puede sustituir a un átomo de
  silicio. Esto produce una deficiencia de un
  electrón de valencia.

• Esquema de las bandas de energía para una
  impureza aceptadora localizada en el intervalo
  prohibido de energía.

• Movimiento de este hueco en respuesta a un campo
  eléctrico.

• Excitación de un electrón a los niveles aceptores
  dejando detrás un hueco en la banda de valencia.

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PROPIEDADES DE LOS SEMICONDUCTORES

• PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Valores de algunos parámetros eléctricos
Conductividad
Influencia de las impurezas en la conductividad
eléctrica

• SEMICONDUCTOR INTRISECO

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PROPIEDADES ELÉCTRICAS

• SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO

Variación de la resistividad con la concentración
de impurezas.
Variación de la movilidad de los electrones con
la concentración de impureza donadora (tipo n).
Semiconductor extrínseco de tipo n
Semiconductor extrínseco de tipo p
Variación de la movilidad de los electrones con
la concentración de impureza aceptora (tipo p)
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PROPIEDADES ELÉCTRICAS

• Influencia de la temperatura en la conductividad
  eléctrica

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• Influencia de la temperatura en la conductividad
  eléctrica

Disminución de la movilidad del electrón al
aumentar la temperatura
Disminución de la movilidad de los huecos al
aumentar la temperatura.
Tipo de transportadores de carga
EFECTO HALL
Demostración esquemática del efecto Hall
Tipo n
Tipo p
Tipo n
Tipo p
Movilidad de los transportadores de carga
Concentración de transportadores de carga
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PROPIEDADES MAGNÉTICAS
Clasificación de los sólidos por sus propiedades
magnéticas

• Diamagnético
• Paramagnético
• Ferromagnético

Semiconductores
diamagnéticos
no magnético
Tecnología que permite la manipulación de los
electrones por sus propiedades magnéticas, así
como por su carga eléctrica (ejemplo mezcla de
ZnO y Co)
ESPINTRÓNICA
El método de Gouy se basa en la variación del
peso de la sustancia, suspendida en una balanza,
producida por la interacción con un campo
magnético.
BALANZA DE GOUY
Diagrama esquemático de la balanza de Gouy.
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PROPIEDADES ÓPTICAS

• Reflexión

• Refracción

• Absorción

a) Mecanismo de absorción de un de un fotón en un
material no metálico donde un electrón se ha
excitado a través del intervalo prohibido y ha
creado un hueco en la banda de valencia. b)
Emisión de un fotón de luz por transición
electrónica directa a través del intervalo
prohibido.
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PROPIEDADES ÓPTICAS

• El color

Tabla del espectro electromagnético visible.
Esquema de la composición de la luz blanca
(colores primarios y complementarios).

• Opacidad y translucidez

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APLICACIONES DE LOS FENÓMENOS ÓPTICOS

• Luminiscencia

• Fotoconductividad

En este fotómetro se observa como llega la luz
visibles a la lámina fotosensible y la corriente
de electrones generados por los fotones (luz
visible)

• Láseres

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PROPIEDADES TÉRMICAS

• Capacidad calorífica

• Capacidad vibratoria

• Dilatación térmica

Fenómeno por el cual el calor es transportado
desde las regiones de alta temperatura a las
regiones de baja temperatura de una sustancia

• Conductividad térmica

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SILICIO SEMICONDUCTOR

• Preparación del silicio
• - Reacciona dióxido de silicio con carbón
• 
  

- Seguidamente
Los átomos de Si comparten sus 4 electrones.
Del SiHCl3 (triclorosilano) obtendremos el Si más
puro una vez lo hayamos sometido a un método de
destilación fraccionada.
Purificación del Si policristalino y
crecimiento del monocristal
1º- Destilación fraccionada separamos parte de
las impurezas. 2º- Fusión por zonas purificamos
prácticamente de forma total el material.
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APLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES
UNIÓN RECTIFICADORA P-N (DIODO)
Polarización directa
Polarización inversa
UNIÓN RECTIFICADORA P-N semiconductor dopado de
manera que por un lado sea de tipo n
(transportadores de carga los e-) y de tipo p en
el otro lado (los huecos).
Polarización directa
Polarización inversa
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APLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES
Transistores de unión
TRANSISTORES
Transistores de efecto de campo (MOSFET)
Transistor de efecto de campo dos pequeñas
Islas de semiconductores de tipo p que se
crean en un substrato de Si de tipo n. Se forma
una capa de SiO2 en la superficie y en dicha
capa se produce una conexión final.
Transistor de unión formado por dos uniones p-n
colocadas en una configuración p-n-p ó n-p-n con
su circuito asociados.
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APLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES
Láseres
Figura a un e- excitado se recombina con un
hueco la energía asociada a esta recombinación
Se emite en forma de fotón de luz.
Figura b El fotón emitido en (a) estimula otra
recombinación de un e- excitado con un hueco,
generando la emisión de otro fotón de luz.
Figura c en el semiconductor se estimulan más
recombinaciones de e- excitados con huecos,
generando fotones de luz adicionales.
Figura d se observa como escapa una parte de
rayo láser.
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APLICACIONES DE LOS SEMICONDUCTORES
- Creación de sustrato
- Etapa de oxidación
CHIP DE SILICIO.
- Fotolitografía
Preparación.
- Implantación de iones
- División
- Empaquetado
Dibujo de un chip de silicio.
- Alternativas a los chips de Silicio
Polímeros conductores
Carburo de silicio (SiC)
Estructura de la cadena de un polímero.