electrÓnica fÍsica u objetivo u bases del programa u estructura del programa u bibliografía u...
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ELECTRÓNICA FÍSICAELECTRÓNICA FÍSICA
ObjetivoObjetivo BasesBases del programa del programa Estructura del programaEstructura del programa BibliografíaBibliografía EvaluaciónEvaluación
Proporcionar una introducción a las Proporcionar una introducción a las propiedades de transporte de los propiedades de transporte de los semiconductores (estadística de electrones semiconductores (estadística de electrones y huecos, dispersión de portadores, y huecos, dispersión de portadores, generación y recombinación de portadores generación y recombinación de portadores fuera de equilibrio).fuera de equilibrio).
Mostrar cómo esas propiedades, junto con Mostrar cómo esas propiedades, junto con las las propiedades ópticaspropiedades ópticas, determinan las , determinan las característicascaracterísticas, , eficienciaeficiencia y y limitacioneslimitaciones de de algunos algunos dispositivos electrónicos y dispositivos electrónicos y optoelectrónicosoptoelectrónicos básicos. básicos.
BasesBases del programa de “Electrónica Física” del programa de “Electrónica Física” Contenido fijado por el DescriptorContenido fijado por el Descriptor
Introducción a la física de semiconductores y Introducción a la física de semiconductores y dispositivos electrónicosdispositivos electrónicosIntroducción a la física de semiconductores y Introducción a la física de semiconductores y dispositivos electrónicosdispositivos electrónicos
Orden de la exposiciónOrden de la exposición
Estructura Estructura de bandasde bandasEstructura Estructura de bandasde bandas
Propiedades de Propiedades de transportetransportePropiedades de Propiedades de transportetransporte
Selección de dispositivos a estudiarSelección de dispositivos a estudiar
Dispositivos Dispositivos electrónicoselectrónicosDispositivos Dispositivos electrónicoselectrónicos
Dispositivos básicos que sirven de base a otrosDispositivos básicos que sirven de base a otros
Dispositivos que ilustran la influencia de las Dispositivos que ilustran la influencia de las propiedades físicas del materialpropiedades físicas del material
Dispositivos básicos que sirven de base a otrosDispositivos básicos que sirven de base a otros
Dispositivos que ilustran la influencia de las Dispositivos que ilustran la influencia de las propiedades físicas del materialpropiedades físicas del material
A) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE A) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE SEMICONDUCTORESSEMICONDUCTORES
Lección 1.‑ INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE TRANSPORTE DE LOS SEMICONDUCTORES: TEORÍA TRANSPORTE DE LOS SEMICONDUCTORES: TEORÍA SEMICLÁSICA.SEMICLÁSICA. Lección 2.‑ ESTADÍSTICA DE ELECTRONES Y ESTADÍSTICA DE ELECTRONES Y HUECOS.HUECOS. Lección 3.‑ TEORÍA GENERAL DE LAS PROPIEDADES TEORÍA GENERAL DE LAS PROPIEDADES DE TRANSPORTE.DE TRANSPORTE. Lección 4.‑ DISPERSIÓN DE LOS PORTADORES.DISPERSIÓN DE LOS PORTADORES.
Lección 5.‑ PORTADORES FUERA DE EQUILIBRIO. PORTADORES FUERA DE EQUILIBRIO.
B) FÍSICA DE LOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS B) FÍSICA DE LOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS BÁSICOSBÁSICOS
Lección 6.‑ EL DIODO TÚNEL Y LAS HETEROUNIONES PNEL DIODO TÚNEL Y LAS HETEROUNIONES PN
Lección 7.‑ DIODOS SCHOTTKY Y DISPOSITIVOS MOSDIODOS SCHOTTKY Y DISPOSITIVOS MOS Lección 8.‑ DISPOSITIVOS GUNN.DISPOSITIVOS GUNN.
Lección 9.‑ CÉLULAS SOLARES.CÉLULAS SOLARES. Lección 10.‑ FOTODETECTORES FOTODETECTORES Lección 11.‑ DISPOSITIVOS EMISORES: LEDS.DISPOSITIVOS EMISORES: LEDS. EL DIODO PN Y EL DIODO TÚNEL.EL DIODO PN Y EL DIODO TÚNEL.
Lección 12.- LÁSERES SEMICONDUCTORESLÁSERES SEMICONDUCTORES
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Física de semiconductores :- "Semiconductor physics", K. Seeger, Ed. Springer-Verlag, Berlín, 1982.- "Física del estado sólido y de semiconductores", J.P. McKelvey, Ed. Limusa, Méjico, 1976.- "Physics of semiconductors”, B. Sapoval, C. Hermann, Springer-Verlag, 1995.- "Semiconductor physical electronics", S.L. Sheng, Ed. Plenum Press, New York, 1993.- “Fundamentals of semiconductors”, P.Y. Yu y M. Cardona, Springer-Verlag, 1996.- "Basic semiconductor Physics", C. Hamaguchi, Springer-Verlag, Berlín 2001- "Physique des semiconducteurs et des composants électroniques", H. Mathieu, Masson, Paris, 1998.- "La physique des semiconducteurs", P. Kireev, Ed. Mir, Moscú, 1975.- "Física de los semiconductores", K.V. Shalimova, Ed. Mir, Moscú, 1975.
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Dispositivos electrónicos: :- "Physics of semiconductor devices", S.N. Sze, Ed. John Wiley, New York, 1981.- "Fundamentos de electrónica física y microelectrónica", J.M. Albella, J.M. Martínez-Duart, Ed. Addison-Wesley/U.A. Madrid, 1996.- "Physique des semiconducteurs et des composants électroniques", H. Mathieu, Masson, Paris, 1998.
Dispositivos optoelectrónicos:
"Optical electronics", A. Yariv, Ed. HoltSaunders, 1985.- "Optoélectronique", E. Rosencher, B. Vinter, Ed. Masson, Paris, 1998- "Physics of semiconductor devices", S.N. Sze, Ed. John Wiley, New York, 1981. "Semiconductor laser physics", W.W. Chow, S.W. Koch, M. Sargent, Ed. SpringerVerlag, Berlín, 1994
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Física de los sólidos :
- "Solid state physics", N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, Ed. Holt-Saunders, 1976.- "Introduction to solid state physics", C. Kittel, Ed. John Wiley, 1976.- "Solid state physics", H. Ibach, H. Lüth, Ed. Springer-Verlag, Berlín, 1995.- "Introduction to solid state theory", O. Madelung, Ed. Springer-Verlag, Berlín, 1981
EVALUACIÓNEVALUACIÓN
EXAMEN :Una parte de teoría, consistente básicamente en cuestiones (3/4) y otra de problemas (1/4). Se podrá presentar un trabajo bibliográfico para subir nota (hasta 1 punto).
TRABAJO/EXPOSICIÓN Presentación de un trabajo bibliográfico relacionado con los contenidos de la asignatura y exposición pública de dicho trabajo. El tema del trabajo puede ser sobre un semiconductor y sus aplicaciones a dispositivos o sobre un dispositivo con una introducción sobre los semiconductores que
se usan en su fabricación.
B C N O
Al Si P S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi Po
IIB IIIB IVB VB VIB
Semiconductores Semiconductores elementaleselementales Estructura diamante
Configuració
n sp3
B C N O
Al Si P S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi Po
IIB IIIB IVB VB VIB
Semiconductores Semiconductores compuestoscompuestos
Estructura zinc-blenda
Configuración
sp3III-V: GaAs, InP, GaN, etcIII-V: GaAs, InP, GaN, etc
II-VI: ZnSe, CdTe, HgSe, etcII-VI: ZnSe, CdTe, HgSe, etc
Estructura zinc-blenda
Configuración
sp3
Coordinación tetraédrica
Enlace covalente
Estructura NaCl
Capas completas
Coordinación octaédrica
Enlace iónico
GaAs, ZnSe, CuBrGaAs, ZnSe, CuBr MgO, KClMgO, KCl
Ea
Ee
Eae
Enlace químicoEnlace químico
2
Estados
2
Antienlazante
Enlazante
Orbitales s del Orbitales s del carbono en la carbono en la molécula de molécula de
bencenobenceno
+ +
+ +
+ +
6 E6 E
+ +
- -
+ -
+ 0
0 -
+ -
4 E4 E
+ -
- +
+ +
+ 0
0 +
- -
2 E2 E
- +
- +
+ -
0 E0 E
Molécula de Molécula de Buckminster-fullerenoBuckminster-fullereno
Banda de conducción(vacía)
Estructura electrónica Estructura electrónica de los semiconductoresde los semiconductores
Banda Banda prohibidaprohibida
Banda de Banda de valencia valencia (llena)(llena)
EECC
EEgg
EEVV
n N N ei C V
E
kTg
1
2
)rU( = )R+rU(
)r( )kE(=)r()rU(+2m
= )r(Hkk
2k
2
)r(u = )R+r(u )r(ue =kkk
r.kik
Estados electrónicos en el campo periódicoEstados electrónicos en el campo periódico
Funciones de BlochFunciones de Bloch
Naturaleza química de las bandasNaturaleza química de las bandas
Centro de zona: k=0
Bandas “s”
Estado enlazante
+ +
a
+ + + + ++
Borde de zona: k=/a
Bandas “s”
Estado antienlazante
a
+ - + - + - -+
a
++ +- +
-
+ + + + + +- - - -
Valor intermedio de k : 0<k</a
Centro de zona: k=0
Bandas “p”
Estado antienlazante
a
+ + + + + + ++
Borde de zona: k= /a
Bandas “p”
Estado enlazante
a
+ - + - + - -+
EECC
EEgg
EEVV
Estructura de bandas del silicio
Bandas “p”
Bandas “s”
(100) (010)
(001)
Banda Banda prohibidaprohibida
Banda de Banda de valencia valencia (llena)(llena)
EECC
EEgg
EEVV
Banda de conducción(vacía)
Estructura de bandas del silicio
Bandas “p”
Bandas “s”
E
k
Eg
Ev
Ec
m
kE=)k(
CCC *
22
2
m
kE=)k(
VVV *
22
2
GaAsGaAs ZnSeZnSe
InSe (EInSe (Egg=1.4 eV)=1.4 eV) GaSe (EGaSe (Egg=2.0 eV)=2.0 eV)
GaS (EGaS (Egg=2.5 eV)=2.5 eV)
B C N O
Al Si P S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi Po
IIB IIIB IVB VB VIB
C-d (4 eV)
BN(4 eV)
BeO(5 eV)
GaN(3.3 eV)
Si (1,06 eV)
AlP(2,5eV)
MgS(4 eV)
GaP(2.0 eV)
Ge (0.66eV)
GaAs(1.4 eV)
ZnSe(2.6 eV)
GaAs(1.4 eV)
Sn(0,02 eV)
InSb(0.2 eV)
CdSe(2 eV)
GaSb(0.7 eV)
GaAsGaAs ZnSeZnSe
GaAsGaAs (directo) (directo) Si (indirecto)Si (indirecto)
E
k
Eg
Ev
Ec
k
E
EgEv
Ec
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
h(eV)
GaN, ZnO
GaP
GaAsGaxAl1-xAsxP1-x
GaxIn1-xAsxSb1-x
GaxIn1-xN
SnxPb1-xSexTe1-x
Si
EmisiónEmisión DetecciónDetección
GaxIn1-xAsx
GeInSb
HgxCd1-xTex
AplicacionesAplicaciones
TeledetecciónTeledetección
AnálisisAnálisis
ComunicacionesComunicacionesópticasópticas
AnálisisAnálisis
ZnSe, ZnTe
GaN, ZnO
(m)0.3
0.4
0.6
1.0
2.0
10
AlN, BeO
LEDS y láseres de GaNLEDS y láseres de GaN