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ELECTRÓNICA FÍSICAELECTRÓNICA FÍSICA
uu ObjetivoObjetivouu BasesBases del programadel programauu Estructura del programaEstructura del programauu BibliografíaBibliografíauu EvaluaciónEvaluación
uu Proporcionar una introducciProporcionar una introduccióón a las n a las propiedades de transporte de los propiedades de transporte de los semiconductores (estadsemiconductores (estadíística de electrones stica de electrones y huecos, dispersiy huecos, dispersióón de portadores, n de portadores, generacigeneracióón y recombinacin y recombinacióón de portadores n de portadores fuera de equilibrio).fuera de equilibrio).
uuMostrar cMostrar cóómo esas propiedades, junto con mo esas propiedades, junto con las las propiedades propiedades óópticaspticas, determinan las , determinan las caractercaracteríísticassticas, , eficienciaeficiencia y y limitacioneslimitaciones de de algunos algunos dispositivos electrdispositivos electróónicos y nicos y optoelectroptoelectróónicosnicos bbáásicos.sicos.
BasesBases del programadel programa de “de “Electrónica FísicaElectrónica Física””uu Contenido fijado por el DescriptorContenido fijado por el Descriptor
IntroducciónIntroducción a la a la físicafísica de de semiconductoressemiconductores y y dispositivos electrónicosdispositivos electrónicosuu OrdenOrden de la de la exposiciónexposiciónEstructuraEstructurade bandasde bandas
PropiedadesPropiedades de de transportetransporte
uu SelecciónSelección de de dispositivosdispositivos a a estudiarestudiar
Dispositivos Dispositivos electrónicoselectrónicos
uu Dispositivos básicosDispositivos básicos que que sirvensirven de base a de base a otrosotros
uu DispositivosDispositivos que que ilustranilustran la la influenciainfluencia de las de las propiedades físicas del materialpropiedades físicas del material
A) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE A) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE SEMICONDUCTORESSEMICONDUCTORES
Lección 1.- INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A LAS PROPIEDADES DE N A LAS PROPIEDADES DE TRANSPORTE DE LOS SEMICONDUCTORES: TEORTRANSPORTE DE LOS SEMICONDUCTORES: TEORÍÍA A SEMICLSEMICLÁÁSICA.SICA.
Lección 2.- ESTADESTADÍÍSTICA DE ELECTRONES Y STICA DE ELECTRONES Y HUECOS.HUECOS.
Lección 3.- TEORTEORÍÍA GENERAL DE LAS PROPIEDADES A GENERAL DE LAS PROPIEDADES DE TRANSPORTE.DE TRANSPORTE.
Lección 4.- DISPERSIDISPERSIÓÓN DE LOS PORTADORES.N 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 TEL DIODO TÚÚNEL Y LAS HETEROUNIONES PNNEL Y LAS HETEROUNIONES PN
Lección 7.- DIODOS SCHOTTKY Y DISPOSITIVOS MOSDIODOS SCHOTTKY Y DISPOSITIVOS MOS
Lección 8.- DISPOSITIVOS GUNN.DISPOSITIVOS GUNN.
Lección 9.- CCÉÉLULAS SOLARES.LULAS SOLARES.
Lección 10.- FOTODETECTORES FOTODETECTORES
Lección 11.- DISPOSITIVOS EMISORES: LEDS.DISPOSITIVOS EMISORES: LEDS.EL DIODO PN Y EL DIODO TEL DIODO PN Y EL DIODO TÚÚNEL.NEL.
Lección 12.- LLÁÁSERES SEMICONDUCTORESSERES 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. Holt Saunders, 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.Springer Verlag, 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/EXPOSICIÓNPresentación 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 osobre un dispositivo con una introducción sobre los semiconductores quese 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
Configuración 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 sp3IIIIII--V: V: GaAsGaAs, , InPInP, , GaNGaN, etc, etc
IIII--VI: VI: ZnSeZnSe, CdTe, , CdTe, HgSeHgSe, etc, etc
Estructura zinc-blenda
Configuración sp3
Coordinación tetraédricaEnlace
covalente
Estructura NaCl
Capas completas
Coordinación octaédricaEnlace iónico
GaAsGaAs, , ZnSeZnSe, , CuBrCuBr MgOMgO, , KClKCl
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
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
EkT
g
=−
12
)rU( = )R+rU(
)r( )kE(=)r()rU(+2m
= )r(H kk2
k
rrr
rrrrhrrrr ΨΨ
∆Ψ
2
)r(u = )R+r(u )r(ue = kkkr.ki
k
rrrrrrr
rr
rΨ
Estados electrónicos en el campo periódicoEstados electrónicos en el campo periódico
Funciones de Funciones de BlochBloch
Naturaleza química de las bandasNaturaleza química de las bandas
)r(ue = kr.ki
k
rr
rr
rΨ )rR(e =n
nR.ki
kn∑ +ΦΨ
rrrr
r
Centro de zona: k=0
Bandas “s”
Estado enlazante
)rR( =n
nk ∑ +ΦΨrr
r
+ +
a
+ + + + ++
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”
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 VIBC-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)
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
hν (eV)
GaN, ZnO
GaP
GaAsGaxAl1-xAsxP1-x
GaxIn1-xAsxSb1-x
GaxIn1-xN
SnxPb1-xSexTe1-x
Si
EmisiónEmisión DetecciónDetección
GaxIn1-xAsxGe
InSbHgxCd1-xTex
AplicacionesAplicaciones
TeledetecciónTeledetección
AnálisisAnálisis
ComunicacionesComunicacionesópticasópticas
AnálisisAnálisis
ZnSe, ZnTe
GaN, ZnO
λ (µm)0.3
0.4
0.6
1.0
2.0
10
AlN, BeO