Download Estructura zinc-blenda Configuración sp 3

ELECTRÓNICA FÍSICA





Objetivo
Bases del programa
Estructura del programa
Bibliografía
Evaluación
Proporcionar una introducción a las
propiedades de transporte de los
semiconductores (estadística de electrones
y huecos, dispersión de portadores,
generación y recombinación de portadores
fuera de equilibrio).
 Mostrar cómo esas propiedades, junto con
las propiedades ópticas, determinan las
características, eficiencia y limitaciones de
algunos dispositivos electrónicos y
optoelectrónicos básicos.

Bases del programa de “Electrónica Física”
 Contenido
fijado por el Descriptor
Introducción a la física de semiconductores y
dispositivos electrónicos
 Orden
de la exposición
Estructura
de bandas
 Selección
Propiedades de
transporte
Dispositivos
electrónicos
de dispositivos a estudiar
 Dispositivos básicos que sirven de base a otros
 Dispositivos que ilustran la influencia de las
propiedades físicas del material
A) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE
SEMICONDUCTORES
Lección 1.- INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE
TRANSPORTE DE LOS SEMICONDUCTORES: TEORÍA
SEMICLÁSICA.
Lección 2.- ESTADÍSTICA DE ELECTRONES Y HUECOS.
Lección 3.- TEORÍA GENERAL DE LAS PROPIEDADES
DE TRANSPORTE.
Lección 4.- DISPERSIÓN DE LOS PORTADORES.
Lección 5.- PORTADORES FUERA DE EQUILIBRIO.
B) FÍSICA DE LOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
BÁSICOS
Lección 6.- EL DIODO TÚNEL Y LAS HETEROUNIONES PN
Lección 7.- DIODOS SCHOTTKY Y DISPOSITIVOS MOS
Lección 8.- DISPOSITIVOS GUNN.
Lección 9.- CÉLULAS SOLARES.
Lección 10.- FOTODETECTORES
Lección 11.- DISPOSITIVOS EMISORES: LEDS.
EL DIODO PN Y EL DIODO TÚNEL.
Lección 12.- LÁSERES SEMICONDUCTORES
BIBLIOGRAFÍA
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, SpringerVerlag, 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.
BIBLIOGRAFÍA
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
ronique", E. Rosencher, B. Vinter, Ed. Masson, Paris, 1998
emiconductor devices", S.N. Sze, Ed. John Wiley, New York, 1981.
ductor devices", S.N. Sze, Ed. John Wiley, New York, 1981.
uctor devices", S.N. Sze, Ed. John Wiley, New York, 1981.
BIBLIOGRAFÍA
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
EVALUACIÓN
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.
Semiconductores
elementales
Estructura diamante
IIB IIIB IVB VB VIB
B
C
N
O
Al
Si
P
S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn
Sb Te
Hg Tl Pb
Bi
Po
Configuración
sp3
Semiconductores
compuestos
Estructura zinc-blenda
IIB IIIB IVB VB VIB
B
C
N
O
Al
Si
P
S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi
Po
III-V: GaAs, InP, GaN, etc
II-VI: ZnSe, CdTe, HgSe, etc
Configuración
sp3
Estructura zinc-blenda
Estructura NaCl
Configuración
sp3
Capas
completas
Coordinación
tetraédrica
Coordinación
octaédrica
Enlace
covalente
Enlace
iónico
GaAs, ZnSe, CuBr
MgO, KCl
Enlace químico
Estados
Eae
2
Antienlazante
Ea
2
Enlazante
Ee
+
-
Orbitales s del
carbono en la
molécula de
benceno
-
+
0E
+
+
-
0
+
+
+
-
-
2E
-
+
+
+
0
+
-
+
+
0
-
+
4E
0
-
-
+
-
+
+
+
+
+
6E
Molécula de
Buckminster-fullereno
Estructura electrónica
de los semiconductores
Banda de
conducción
(vacía)
EC
Eg
Banda
prohibida
EV
Banda de
valencia
(llena)
ni   N C NV  e
1
2

Eg
kT
Estados electrónicos en el campo periódico

 2 2





Hk (r ) = 
 +U(r ) k (r ) = E(k ) k (r )
 2m

 

U(r + R) = U(r )
Funciones de Bloch

k = e uk (r )

ik .r



uk (r + R) = uk (r )
Naturaleza química de las bandas





i
k
.
R
i
k
.
r
k =  e (Rn  r )
k = e uk (r )
n
n
Bandas “s”
Centro de zona: k=0
a
+
+
+
+
 
k =  (Rn  r )
n
+
+
Estado enlazante
+
+
Bandas “s”
Borde de zona: k=p/a
 
k =   1 (Rn  r )
n
n
a
+
-
+
-
+
-
+
Estado antienlazante
-
Valor intermedio de k : 0<k<p/a
a
-
-
+
+ + + -
-
+ + +
-
-
+ + +
Bandas “p”
Centro de zona: k=0
 
k =  (Rn  r )
n
a
+
+
+
+
+
Estado antienlazante
+
+
+
Bandas “p”
Borde de zona: k= p/a
 
k =   1 (Rn  r )
n
n
a
+
-
+
-
+
Estado enlazante
-
+
-
Estructura de bandas del silicio
(001)
EC
Eg
EV
(100)
Bandas “p”
Bandas “s”
(010)
Estructura de bandas del silicio
Banda de
conducción
(vacía)
EC
Eg Banda
prohibida
EV
Bandas “p”
Bandas “s”
Banda de
valencia
(llena)
GaAs
ZnSe
E

 2k 2
 C (k ) = EC  *
2mC
Ec
Eg

 2k 2
 V (k ) = EV  *
2mV
Ev
k
InSe (Eg=1.4 eV)
GaSe (Eg=2.0 eV)
GaS (Eg=2.5 eV)
IIB IIIB IVB VB VIB
B
C
N
O
Al
Si
P
S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi
Po
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)
GaAs
ZnSe
GaAs (directo)
Si (indirecto)
E
E
Ec
Eg
Ec
Ev
Ev
k
Eg
k
l (mm) hn (eV)
0.3
4.0
Emisión
AlN, BeO
Detección
Aplicaciones
GaN, ZnO
GaN, ZnO
0.4
0.6
3.0
2.0
GaP
Si
GaxAl1-xAsxP1-x
GaAs
1.0
1.0
2.0
10
ZnSe, ZnTe
GaxIn1-xN
0.0
GaxIn1-xAsxSb1-x Ga In As
x 1-x
x
Ge
InSb
SnxPb1-xSexTe1-x
HgxCd1-xTex
Análisis
Comunicaciones
ópticas
Análisis
Teledetección
LEDS y láseres de GaN