2. Concepto de Fsica de semiconductores2.1 Modelo de bandasFsica de estado slido La fsica del estado slido estudia las propiedades fsicas de los materiales slidos utilizando disciplinas tales como la mecnica cuntica, la cristalografa, el electromagnetismo y la metalurgia fsica. Forma la base terica de la ciencia de materiales y su desarrollo a sido fundamental en el campo de las aplicaciones tecnolgicas de microelectrnica al posibilitar el desarrollo de transistores y materiales semiconductores.Fsica de estado slido Los cuerpos slidos estn formados por tomos densamente empa!uetados con intensas fuerzas de interaccin entre ellos. Los efectos de interaccin son responsables de las propiedades mecnicas, t"rmicas, el"ctricas, magn"ticas y pticas de los slidos. FIGURE 1-1Modelo de #or de un atomo mostrando los electrones en orbitas alrededor del n$cleo, el cual est constituido por protones y neutrones. Las %tails& en los electrones indican mo'imiento.FIGURA 1-2Los dos tomos ms simples, idrgeno y elio.Fsica de estado slido (na caracterstica importante de la mayora de los slidos es su estructura cristalina. Los tomos estn distribuidos en posiciones regulares !ue se repiten regularmente de manera geom"trica. La distribucin espec)ca de los tomos puede deberse a una 'ariada gama de fuerzas. #anda de energa *l comportamiento de los electrones est regido por las leyes de la mecnica cuntica, por lo tanto+ Los electrones no pueden tener cual!uier ni'el de energa+ los estados de energa estn cuanti)cados. , un con-unto de ni'eles de energa muy cerca entre s se lo denomina banda de energa y se la considera continua. .o todas las bandas se ocupan uniformemente, sino !ue algunas son ms probables de ser ocupadas !ue otras, incluso ay bandas totalmente desocupadas, o sea !ue la probabilidad de !ue un electrn tenga ese ni'el de energa es nula o muy cercana a cero.FIGURA 1-3Los ni'eles de energa se incrementan conforme se incrementa la distancia del n$cleo.Modelo de bandas energ"ticas Modelo seg$n el cual se describe la estructura atmica de un material como una estructura de bandas electrnicas / o simplemente estructura de bandas de energa. Los electrones se distribuyen en estas bandas de acuerdo a su ni'el de energa.FIGURA 1-10Modelo de bandas de energa de un tomo.#andas de energa La banda de valencia+ est ocupada por los electrones de valencia de los tomos, es decir, a!uellos electrones !ue se encuentran en la $ltima capa o ni'el energ"tico de los tomos. Los electrones de 'alencia son los !ue forman los enlaces entre los tomos, pero no inter'ienen en la conduccin el"ctrica. La banda de conduccin+ est ocupada por los electrones libres, es decir, a!uellos !ue se an desligado de sus tomos y pueden mo'erse fcilmente. *stos electrones son los responsables de conducir la corriente el"ctrica.M,0*12,L*3 3*M2C4.5(C041*3 La conducti'idad el"ctrica es la propiedad de los materiales !ue cuanti)ca la facilidad con !ue las cargas pueden mo'erse a tra'"s de "l cuando el material es sometido a un campo el"ctrico. La resisti'idad es una magnitud in'ersa a la conducti'idad, aludiendo al grado de di)cultad !ue encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor !ue es. Los materiales se clasi)can seg$n su conducti'idad el"ctrica o resisti'idad en conductores, diel"ctricos o aislantes y semiconductoresM,0*12,L*3 3*M2C4.5(C041*3 Conductores el"ctricos. 3on los materiales !ue, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten "sta a todos los puntos de su super)cie. Los me-ores conductores el"ctricos son los metales y sus aleaciones. Cobre, 6lata, 4ro, 6latino.*7isten otros materiales, no metlicos, !ue tambi"n poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el gra)to, las soluciones salinas 8por e-emplo, el agua de mar9 y cual!uier material en estado de plasma. Las bandas de energa 8'alencia y conduccin9 se superponenM,0*12,L*3 3*M2C4.5(C041*3 5iel"ctricos. 3on los materiales !ue no conducen la electricidad, por lo !ue pueden ser utilizados como aislantes. ,lgunos e-emplos de este tipo de materiales son 'idrio, cermica, plsticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrnico y la ba!uelita. La diferencia e7istente entre las bandas de energa 8'alencia y conduccin9, del orden de : e; impide, en condiciones normales el salto de los electrones.M,0*12,L*3 3*M2C4.5(C041*3 SemiconductorLos semiconductores son materiales cuya conducti'idad 'ara con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o como aislantes, dependiendo de la temperatura del ambiente en el !ue se encuentre.M,0*12,L*3 3*M2C4.5(C041*3 *n los semiconductores, el salto de energa es pe!ue