FÍSICA DE SEMICONDUCTORESBANDAS DE ENERGÍAUN

ANDRES FELIPE PINILLA TORRESFSC27ANDRES

2 DE JUNIO 2015

De niveles discretos a bandas de energía

Hable sobre la evolución de las bandas de energía que presentan las estructuras cristalinas (muchos átomos) partiendo de los niveles discretos de los átomos individuales

Ilustre cómo la estructura de las bandas de energía de un material impacta en las propiedades de un material. Qué son materiales: Aislantes

Semiconductores

Metales

Qué son materiales intrínsecos, extrínsecos y anfóteros

Tipos de Semiconductores Directos (GaAs) - transiciones Γ

Indirectos (Si) - transiciones L o X

MATERIALESAislantes Cada solido tiene su propia estructura de bandas de energía. Esta

variación permite que haya un gran espectro de características eléctricas entre los materiales. A continuación se presentan las tres clases de materiales.

Los aislantes, presentan una banda de valencia llena de electrones, separada de una banda de conducción que permanece vacía por una banda que contiene un estado de energía prohibido. En este material, los electrones permaneces ligados a los átomos aunque se le aplique un cambio alto de temperatura.

MATERIALESSemiconductores Los semiconductores se caracterizan por tener una gran resistividad

cuando se está a una temperatura de 0K. Esto es común a los materiales conocidos como aislantes.

La diferencia yace en la distancia que existe en la banda prohibida, que es mucho más pequeña en el caso de los semiconductores. Por ejemplo, el Silicio tiene una banda prohibida, de alrededor de 1.1eV comparado con una de 5eV que presenta el diamante.

MATERIALESMetales En el caso de los metales, las bandas se sobreponen o están

parcialmente llenas. Esto permite que los electrones se puedan mover libremente bajo la influencia de un campo eléctrico. Como consecuencia, los metales presentan una gran conductividad.

Finalmente, se presenta una gráfica que describe las estructuras de banda de los tres materiales a una temperatura de 0K.

Material intrínseco, extrínseco y anfótero. Un semiconductor cristalino con ninguna impureza o defectos de

patrón se conoce como semiconductor Intrínseco. En estos materiales no hay portadores de carga a una temperatura 0K, ya que la banda de valencia está llena de electrones y la banda de conducción vacía.

Conforme se aumenta la temperatura se generan pares electrón-hueco que permiten que exista una conducción de corriente sobre el material.

Material intrínseco, extrínseco y anfótero. Además de los materiales intrínsecos, existen semiconductores a los

que se les introducen impurezas dentro del cristal, estos son conocidos como extrínsecos. El proceso conocido como dopaje, se usa para variar la conductividad de los semiconductores.

Se pueden dopar tanto con electrones (tipo n) como huecos (tipo p). Este proceso permite que los semiconductores que antes eran intrínsecos, se les pueda aplicar una temperatura relativamente baja para que aparezcan los primeros electrones en la banda de conducción.

Material intrínseco, extrínseco y anfótero. Un caso particular se produce cuando un material de grupo III o V de

la tabla periódica es dopado con silicio o germanio del grupo IV. Estas impurezas son llamadas Anfóteras, ya que el Silicio y el Germanio sirven como donadores o aceptores.

Tipos de SemiconductoresDirectos e indirectos En un semiconductor directo como el caso del GaAs, un electrón en

la banda de conducción puede llegar a un estado vacío de la banda de valencia emitiendo una diferencia de energía como un fotón de luz.

En un semiconductor indirecto como es el Silicio, el electrón en mínimo valor de la banda de conducción, no puede pasar directamente a la banda de valencia sin haber recibido un impulso. Parte de la energía en este material se da por medio de calor.