UN Carlos Andrés Méndez Tafur fsc23Carlos Clase del 28 de mayo 2015 FÍSICA DE SEMICONDUCTORES Propiedades de las cargas eléctricas interactuando con un campo eléctrico UN Carlos Andrés Méndez Tafur fsc23Carlos Clase del 28 de mayo 2015

Tema expuesto en la clase del 28 de mayo 2015 Esta guía le permite concebir lo veloces que son los electrones cuando se les aplica un campo eléctrico Busque videos buenos y referencia los URLs. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Recorderis A un filamento de tungsteno, W, se le aplica un Voltaje y por la LEY DE OHM se origina una corriente. El filamento se calienta y esto lo explica la LEY DE JOULE Como resultado se emiten electrones, fenómeno conocido como EFECTO TERMIÓNICO y lo explica la LEY DE RICHARDSON Todo esto se hace en un ambiente de vacío de lo contrario el filamento se quemaría Luego se aplica un Voltaje positivo DC [2 y 10000] a una placa que atrae la nube de electrones. Estos pasan por una barrera con un pequeño agujero, un colimador. Así la nube de electrones se convierte en un haz de electrones a manera de un jet En su camino hacia la placa positiva los electrones disminuyen su energía potencial y aumentan la cinética

Recorderis Calcule la velocidad v (m/s) de un electrón cuando impacta la placa positiva con cada uno de los voltajes DC de la tabla adjunta PISTAS: Considerar el PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: ETOTAL = EPOTENCIAL + ECINETICA = ½ me v2 = qe VPLACA Inmediátamente los electrones impactan la placa positiva por FRENADO BRUSCO pierden toda su energía cinética. NOTA: Aunque la velocidad alcanzada por el electrón es muy grande para nosotros, es muy pequeña comparada con la velocidad de la luz c. VDC (input) V(m/s) % c 1 2 10000

Cálculo de velocidad del electrón Se plantea la energía cinética del electrón: Se plantea la energía potencial del electrón: Se igualan estas ecuaciones, y se despeja la velocidad, en función de la tensión de la placa:

Cálculo de velocidad del electrón Se reemplazan los valores necesarios en la ecuación obtenida anteriormente: Y se obtienen los valores para cada tensión DC: VDC (input) V(m/s) % c 1 2 838.63𝑥 10 3 𝑚/𝑠 0.28% C 10000 59.3𝑥 10 6 𝑚/𝑠 19.77% C

Aplicación (producción de RX) Considerar el PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: ETOTAL = EPOTENCIAL + ECINETICA = ½ me v2 = qe VPLACA Inmediátamente los electrones impactan la placa positiva por FRENADO BRUSCO pierden toda su energía cinética Pero por el Principio de Conservación de la Energía esta no se pierde sino que se transforma así: 1. en un pequeño porcentaje se incrementa un poco la temperatura de la placa, es decir, se produce un poco de radiación térmica. 2. También a la placa le produce algún daño microscópico. 3. En un gran porcentaje se produce radiación electromagnética en el rango de los Rayos X E = h v = 12000 eV = h c / λ Calcule la longitud de onda λ Pregunta: Qué pasa con la longitud de onda si se varía ligeramente el VPLACA? Conclusión: de esta manera se puede diseñar una estructura experimental que pueda producir cualquier λ deseada. Hablamos así de un espectro continuo.

Aplicación (producción de RX) Se calcula la energía para cada uno de los potenciales: Se tiene en cuenta la ecuación que relaciona la longitud de onda con la energía: Relacionando con la ecuación de longitud de onda de Debroglie: 𝐸= 𝑞 𝑒 ⋅ 𝑉 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 2𝑣→3,19⋅ 10 −15 𝑒𝑉 10000𝑣→1,6⋅ 10 −15 𝑒𝑉

Aplicación (producción de RX) Se observa que las longitudes de onda son características de los rayos X, por lo que la aplicación queda confirmada. Además se observa que en caso tal de aumentar el voltaje de la placa, la longitud asociada, disminuirá debido a su relación inversa con el mismo. Reemplazando los valores: 𝜆= ℎ 𝑚𝑣 𝑃𝑎𝑟𝑎 2𝑣→𝜆=0,865𝑛𝑚 𝑃𝑎𝑟𝑎 10000𝑣→𝜆=0,012𝑛𝑚