Semana 1

1. Tema 1.2: Carga, Potencial, Movilidad y Conductividad

2. Electrón
Orbita
Núcleo
Protones: carga eléctrica
positiva, situados en el
núcleo.
Neutrones: también se
encuentran en el núcleo
pero carecen de carga
eléctrica.
Electrones: carga
eléctrica negativa y
situados fuera del núcleo.

4.  La naturaleza eléctrica de los protones y los
electrones se manifiesta a través de la fuerza
eléctrica.

5.  La unidad básica de carga es el Coulomb (C), y ésta
puede ser positiva o negativa.
 La carga de un electrón es de -1.6 x 10-19 C

6.  Se define como la zona de influencia en que
una carga eléctrica se verá afectada debido a
su naturaleza eléctrica.

7.  Podemos definir el campo eléctrico en un punto r
producido por una carga q de la siguiente
manera:
2
r
q
k
E 

8.  El potencial eléctrico en un punto se define como
el trabajo por unidad de carga necesario para
desplazar la unidad de carga desde el infinito
hasta dicho punto.
r
q
k
V 

9.  La unidad de potencial eléctrico es el voltio (V) o
su equivalente, julio / coulombio (J/C)
 Es importante recordar que la carga positiva
siempre se mueve de mayor a menor
potencial.
Voltio = julio / coulombio

10.  La magnitud del flujo de corriente, I, a través de un
circuito con una determinada resistencia, R, y con un
voltaje,V, se relaciona mediante la siguiente fórmula:
IR
V 

11.  El valor de la resistencia depende de la geometría
específica de la muestra; R se incrementa con la
longitud de la muestra, l, y disminuye con el área de la
muestra, A.
l
RA



12.  Una propiedad de los materiales por igual útil es
el recíproco de la resistividad, la conductividad, σ,
donde:


1


13.  La conductividad es un parámetro mas
conveniente para establecer un sistema de
clasificación eléctrica de los materiales.
 La conductividad es el producto de la densidad de
portadores de carga, n, la carga que conduce
cada uno, q y la movilidad de cada portador, μ:

 nq

Donde:
n se mide en m-3
q en coulomb
μ en m2/(V s)

14.  Conductor: material que
permite fácilmente el flujo de
carga cuando se aplica un
potencial en sus terminales.
 Aislante: material que ofrece un
nivel muy bajo de conductividad
cuando se aplica un potencial en
sus terminales.

15.  Semiconductor: material cuyo
valor de conductividad se
encuentra entre la de un aislante
y un conductor.

17. En los primeros días del desarrollo de semiconductores, el
semiconductor elemental Ge se usó ampliamente para hacer transistores y
diodos. Ahora, para la mayoría de los rectificadores, transistores, y circuitos
integrados se usa el silicio.

18.  La movilidad es la velocidad media de los
portadores, v, dividida entre la intensidad de
campo eléctrico, E:
E
v



19. Los valores de movilidad
para diferentes
materiales
semiconductores se
pueden encontrar en la
siguiente tabla:

20. Tema 1.3: Características de un Semiconductor Intrínseco

21. Los semiconductores son un grupo de materiales que tienen
conductividades eléctricas intermedias entre los metales y
los aislantes. La conductividad de estos materiales puede
variar en órdenes de magnitud por cambios en la
temperatura, excitación óptica y contenido de impurezas.

22. “Los materiales intrínsecos son aquellos
semiconductores que han sido
cuidadosamente refinados para reducir las
impurezas a un nivel muy bajo,
esencialmente tan puro como se puede
obtener a través de la tecnología moderna”

23. 1) Materia prima: Sílice o dióxido de Silicio: SiO2 (muy abundante, arena de
la playa).
2) Reducción del SiO2 a alta temperatura:
Silicio + Carbón a 1800ºC  Silicio metalúrgico, Si al 98%.
3) Si metalúrgico + ClH (Clorhídrico)SiHCl3 TricloroSilano
4) Destilación del SiHCl3  SiHCl3TricloroSilano puro.
5) SiHCl3 + H2  Si de alta pureza Si Policristalino
Concentración impurezas<1 ppmm (5x1013 cm-3).

24. Método Czochralski: En este método, se sumerge una semilla de cristal en
el material derretido (1412° C) y después se levanta lentamente,permitiendo
que el cristal crezca a partir de la semilla.

25. Crecimiento de Cristales

26. Crecimiento de Cristales

28. La estructura de red básica para muchos semiconductores importantes
es la red del diamante, que es característica del Si y el Ge. En muchos
compuestos semiconductores, los átomos están acomodados en una estructura
básicamente de diamante pero con átomos diferentes en sitios alternantes. Esta
se llama la red de la zincblenda y es típica de los compuestos III-V.

29. Cada átomo en la red del diamante del Ge o Si está rodeado por cuatro
vecinos más cercanos, cada uno con cuatro electrones en la órbita
externa. En estos cristales cada átomo comparte sus electrones de
valencia con sus cuatro vecinos.

30. Un cristal semiconductor perfecto sin impurezas o defectos en la red se
llama un semiconductor intrínseco. En semejante material no hay
portadores de carga a 0 K, ya que la banda de valencia está llena con
electrones y la banda de conducción está vacía. Sin embargo, un electrón
puede excitarse térmica u ópticamente para salir de un enlace covalente
y así quedar libre para participar en la conducción. Esta es una
característica importante de los semiconductores.

31.  “Un incremento en la temperatura de un
semiconductor puede generar un incremento
sustancial en el número de electrones libres
en el material”

32. Si un electrón de
valencia adquiere
suficiente energía
cinética (velocidad)
para romper su enlace
covalente y llena un
vacío creado por un
hueco, entonces, se
creará un lugar
vacante (otro hueco)
en el enlace covalente
que liberó al electrón.