FÍSICA DE SEMICONDUCTORES CARACATERÍSTICAS DEL Si UN Nombre -usuario- 2015

CARACTERÍSTICAS SEMICONDUCTORAS DEL Si

CARACTERÍSTICAS SEMICONDUCTORAS DEL Si Haga una investigación sobre el Silicio y diseñe una presentación didáctica lo más completa que pueda Abundancia, cómo se fabrica, procesos Su lugar en las tabla periódica Estructura de bandas, GAP = 1,1 eV Estructura cristalina Propiedades del silicio intrínseco Dopado URL de videos Referencias etc

Haga lo mismo con otros materiales semiconductores de las columnas III, IV y V de la Tabla Periódica. Escoja un solo material semiconductor Siempre relacione sus relaciones con el Silicio

Silicio - Descripción El silicio es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos de símbolo Si. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (27,7 % en peso) después del oxígeno. Se presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo metálico. Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite más del 95 % de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

Silicio – Descripción Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros- grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico. El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una densidad relativa de 2,33(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u (unidad de masa atómica). El silicio constituye un 28 % de la corteza terrestre. No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40 % de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90 % de los minerales que forman rocas volcánicas.

Silicio – Historia El silicio (del latín silex, sílice) fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787, aunque posteriormente fue confundido con un compuesto por Humphry Davy en 1800. En 1811 Gay-Lussac, y Louis Thenard probablemente, preparó silicio amorfo impuro calentando potasio con tetrafluoruro de silicio. En 1824 Berzelius preparó silicio amorfo empleando un método similar al de Gay-Lussac, purificando después el producto mediante lavados sucesivos hasta aislar el elemento.

Silicio – Obtención El silicio comercial se obtiene a partir de sílice de alta pureza en horno de arco eléctrico reduciendo el óxido con electrodos de carbono a temperatura superior a 1900 ºC: El silicio líquido se acumula en el fondo del horno de donde se extrae y se enfría. El silicio producido por este proceso se denomina metalúrgico y tiene una pureza superior al 99%. Para la construcción de dispositivos semiconductores es necesario un silicio de mayor pureza, silicio ultrapuro, que puede obtenerse por métodos físicos o químicos. Los métodos físicos de purificación del silicio metalúrgico se basan en la mayor solubilidad de las impurezas en el silicio líquido, de forma que éste se concentra en las últimas zonas solidificadas. El primer método, usado de forma limitada pra construir componentes de radar durante la segunda guerra mundial, consiste en moler el silicio de forma que las impurezas se acumulen en las superficies de los granos; disolviendo éstos parcialmente con ácido se obtenía un polvo más puro. La fusión por zonas, el primer método usado a escala industrial, consiste en fundir un extremo de la barra de silicio y trasladar lentamente el foco de calor a lo largo de la barra de modo que el silicio va solidificando con una pureza mayor al arrastrar la zona fundida gran parte de las impurezas. El proceso puede repetirse las veces que sea necesario hasta lograr la pureza deseada bastando entonces cortar el extremo final en el que se han acumulado las impurezas.

Silicio – Ubicación en la tabla y estructura cristalina

Silicio – Bandas de energía A temperatura finita, el número de electrones que alcanzan la banda de conducción y contribuyen a la corriente se puede modelar con la función de Fermi. Esa corriente es pequeña comparada con la de los semiconductores dopados bajo las mismas condiciones.

Germanio - Descripción El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al período 4 de la tabla periódica de los elementos. Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis. Forma gran número de compuestos organometálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad.

Germanio - Historia Propiedad Germanio   (Observadas, 1886) Masa atómica 72,59 Densidad (g/cm3) 5,35 Calor específico (kJ/kg·K) 0,32 Punto de fusión (°C) 960 Fórmula del óxido GeO2 Fórmula del cloruro GeCl4 Densidad del óxido (g/cm3) 4,7 Punto de ebullición del cloruro (°C) 86 Color gris Las propiedades del germanio (del latín Germania, Alemania) fueron predichas en 1871 por Mendeleyev en función de su posición en la tabla periódica, elemento al que llamó eka-silicio. El alemán Clemens Winkler demostró en 1886 la existencia de este elemento, descubrimiento que sirvió para confirmar la validez de la tabla periódica, habida cuenta con las similitudes entre las propiedades predichas y las observadas:

Germanio – Obtención Se obtiene de yacimientos de plata, cinc y cobre. Los únicos minerales rentables para la extracción del germanio son la germanita (69% de Ge) y garnierita (7-8% de Ge); además está presente en el carbón, la argirodita y otros minerales. La mayor cantidad, en forma de óxido (GeO2), se obtiene como subproducto de la obtención del zinc o de procesos de combustión de carbón (en Rusia y China se encuentra el proceso en desarrollo). La purificación del germanio pasa por su tetracloruro que puede ser destilado y luego es reducido al elemento con hidrógeno o con magnesio elemental. Con pureza del 99,99%, para usos electrónicos se obtiene por refino mediante fusión por zonas resultando cristales de 25 a 35 mm usados en transistores y diodos; con esta técnica las impurezas se pueden reducir hasta 0,0001 ppm.

Germanio – Ubicación en la tabla y estructura cristalina

Germanio – Bandas de energía A temperatura finita, el número de electrones que alcanzan la banda de conducción y contribuyen a la corriente se puede modelar con la función de Fermi. Esa corriente es pequeña comparada con la de los semiconductores dopados bajo las mismas condiciones. 0,67eV