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 Dispositivos electrónicos Estructura de bandas Propiedades de transporte Selección 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, 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.

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: - "Optoélectronique", E. Rosencher, B. Vinter, Ed. Masson, Paris, 1998 ﷓ "Optical electronics", A. Yariv, Ed. Holt﷓Saunders, 1985.

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 : TRABAJO/EXPOSICIÓN 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 Configuración sp3

Semiconductores compuestos Estructura zinc-blenda Configuración sp3 III-V: GaAs, InP, GaN, etc II-VI: ZnSe, CdTe, HgSe, etc

Estructura zinc-blenda Estructura NaCl Configuración sp3 Coordinación tetraédrica Enlace covalente Capas completas Coordinación octaédrica Enlace iónico GaAs, ZnSe, CuBr MgO, KCl

Enlace químico Estados 2 Antienlazante Enlazante 2

Orbitales s del carbono en la molécula de benceno - + 0 E Orbitales s del carbono en la molécula de benceno + - 2 E + - 4 E + 6 E

Molécula de Buckminster-fullereno

Estructura electrónica de los semiconductores Banda prohibida Banda de valencia (llena) EC Eg EV Banda de conducción(vacía)

Estados electrónicos en el campo periódico Funciones de Bloch

Naturaleza química de las bandas Bandas “s” Centro de zona: k=0 + a Estado enlazante

Bandas “s” Borde de zona: k=p/a a + - Estado antienlazante

Valor intermedio de k : 0<k<p/a - - - + + + - - + + + - + + + +

Bandas “p” Centro de zona: k=0 a + Estado antienlazante

Bandas “p” Borde de zona: k= p/a a + - Estado enlazante

Estructura de bandas del silicio (001) EC Eg EV (100) (010) Bandas “p” Bandas “s”

Estructura de bandas del silicio Banda de conducción(vacía) EC Banda prohibida Eg EV Bandas “p” Banda de valencia (llena) Bandas “s”

GaAs ZnSe E k Eg Ev Ec

InSe (Eg=1.4 eV) GaSe (Eg=2.0 eV) GaS (Eg=2.5 eV)

C-d (4 eV) BN BeO (5 eV) GaN (3.3 eV) Si (1,06 eV) AlP (2,5eV) MgS GaP Ge (0.66eV) GaAs (1.4 eV) ZnSe (2.6 eV) Sn (0,02 eV) InSb (0.2 eV) CdSe (2 eV) GaSb (0.7 eV)  

GaAs ZnSe

GaAs (directo) Si (indirecto) E k Eg Ev Ec k E Eg Ev Ec

l (mm) hn (eV) Emisión Detección Aplicaciones 0.3 4.0 AlN, BeO GaN, ZnO GaN, ZnO 0.4 3.0 ZnSe, ZnTe GaxIn1-xN Si 0.6 2.0 GaP Análisis GaxAl1-xAsxP1-x GaAs Comunicaciones ópticas 1.0 1.0 GaxIn1-xAsxSb1-x GaxIn1-xAsx Ge 2.0 Análisis SnxPb1-xSexTe1-x InSb 10 HgxCd1-xTex Teledetección 0.0

LEDS y láseres de GaN