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