Universidad Nacional de Colombia Departamento de Física   Asignatura Física de Semiconductores     Tarea No 2 Para familiarizarse con la estructura del Si   Profesor: Jaime Villalobos Velasco Entregado por: Tatiana Andrea Gracia Prada Codigo:262054 Mayo, 2015

CRISTALOGRAFÍA Mencione 3 métodos de crecimiento de materiales atómicos altamente alineados. [incluya URL de videos] 2. Describa con algún detalle el proceso de uno de ellos Metodo de Czochralski Este método utiliza para el crecimiento de cristales un aparato denominado "puller", que consta de tres componentes principales como muestra la figura 1. Es un método de crecimiento de cristales, creado en 1916, utilizado para obtener cristales simples de semiconductores, metales, sales y piedras preciosas sintéticas. El material comúnmente utilizado es el silicio (Si). URL: https://www.youtube.com/watch?v=xftnhfa-Dmo Figura 1. Puller de Czochralski. Fuente:Libro VLSI Technology de Sze

b. Crecimiento epitaxial Crecimiento ordenado de una capa monocristalina que mantiene una relación definida con respecto al substrato cristalino inferior, en resumen, usado para crecer una capa delgada cristalina sobre un substrato cristalino. Se utiliza para la fabricación de capas semiconductoras de calidad. Existen diferentes tipos de procesos epitaxiales: -Epitaxia en fase gaseosa o VPE, en la que se crece la capa cristalina a partir de los reactivos en fase gaseosa. -Epitaxia en fase líquida ó LPE, en la que los reactivos utilizados para crecer la capa cristalina están en fase líquida. -Epitaxia por haces moleculares ó MBE. Los reactivos involucrados en este proceso son haces de átomos o moléculas, en un entorno de muy alto vacío. En los dispositivos de silicio, el proceso epitaxial más importante es la epitaxia en fase gaseosa (VPE).

c. Método Bridgman – Stockbarger La técnica Bridgman-Stockbarger lleva el nombre físico de Harvard Percy Williams Bridgman y físico del MIT Donald C. Stockbarger. Métodos similares utilizados principalmente para el cultivo de lingotes de cristal único, pero que se pueden utilizar para solidificar lingotes policristalinos. El método de Bridgman es una forma popular de la producción de ciertos cristales semiconductores tales como arseniuro de galio, para los que el proceso de Czochralski es más difícil. Un crisol de forma cilindro-cónica se llena de polvo de la sustancia a fundir y se hace deslizar lentamente por el interior de un horno en el que se establecen dos zonas de temperaturas diferentes, levemente por encima y por debajo, respectivamente, del punto de fusión de la substancia a fundir. http://www.uned.es/cristamine/gemas/sintesis/bridgman.htm

CRISTALOGRAFIA 2. Dibuje la estructura del diamante (o silicio) en las direcciones <100>, <110>, <111>, 3D y resalte los átomos internos: a. 3D b.<100> c. <110> d. <111>

Estructura 3D del silicio Figura 3: Estructura atómica del Silicio: los cuadrados indican los átomos sobre los vértices; los círculos indican los átomos sobre las caras; los triángulos indican los átomos interiores

3D <110> <100> <111>

CRISTALOGRAFIA 3. Encuentre el número de átomos/cm2 en la superficie orientada <001> de una oblea de Si. Se observa que en cada arista del cubo se observa ¼ de átomo y otro completo contenido en el centro, así que se asumen 2 átomos en la superficie. La distancia entre los átomos es de 5.43 Å. 1 Å = 10-8 cm 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑= 𝑁𝑜. á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑚 2 = 2 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 (5,43∙10 −8 𝑐𝑚) 2 =6.783∙ 10 14 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑚 2

CRISTALOGRAFIA 4. A partir del valor de la constante de red (la distancia interatómica) calcule: a) la densidad del Silicio (número de átomos/cm3), b) la densidad del Silicio (gramos/cm3) a) El silicio tiene un valor de distancia interatómica de 5.43 Å, entonces: 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑= 𝑁𝑜. 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑚 3 = 8 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 (5,43∙ 10 −8 ) 3 𝑐𝑚 3 =4.997∙ 10 22 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑚 3 b) Se tiene que 1 mol = 6.022 ∙ 10 23 átomos, y una masa de 28.085 g. 𝑔 𝑐𝑚 3 =4.997∗ 10 22 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑚 3 ∗ 28. 085 𝑔 6.022∗10 23 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 =2.330 𝑔 𝑐𝑚 3

Referencias: [1] http://electronica.ugr.es/~amroldan/deyte/cap09.htm