FÍSICA DE SEMICONDUCTORES BANDAS DE ENERGÍA UN Julio Alberto Rey Ramírez -fsc34Julio- 2015

De niveles discretos a bandas de energía Hable sobre la evolución de las bandas de energía que presentan las estructuras cristalinas (muchos átomos) partiendo de los niveles discretos de los átomos individuales Ilustre cómo la estructura de las bandas de energía de un material impacta en las propiedades de un material. Qué son materiales: Aislantes Semiconductores Metales Qué son materiales intrínsecos, extrínsecos y anfóteros Tipos de Semiconductores Directos (GaAs) - transiciones Γ Indirectos (Si) - transiciones L o X

Hable sobre la evolución de las bandas de energía que presentan las estructuras cristalinas (muchos átomos) partiendo de los niveles discretos de los átomos individuales Los niveles discretos de energía de un átomo tienen un lugar especifico, sin embargo, aunque dos átomos sean muy parecidos, estos lugares varían un poco uno del otro. Al juntar muchos átomos en un cristal, hay tantos niveles discretos juntos que pasan a ser bandas de energía.

Tipos de materiales y su influencia en las bandas de energía El comportamiento en cuanto a conductividad de un material se puede conocer observando la distribución de las bandas de energía. Un material aislante se caracteriza por tener un gap muy ancho, de tal forma que es casi imposible pasar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. En cambio, los materiales conductores tienen un gap muy delgado lo que permite un flujo de electrones de forma fácil. Finalmente encontramos los materiales semiconductores, que se caracterizan por un nivel de energía conocido como energía de Fermi, y dependiendo de este nivel y de su nivel actual de energía pueden permitir o denegar el flujo de electrones.

Tipos de materiales Semiconductor intrínsecos: Perfectamente cristalino, sin impurezas. Los portadores se generan exclusivamente por el rompimiento de enlaces entre átomos. Semiconductor extrínsecos: Se añaden impurezas a un material semiconductor lo que hace que hayan muchos más electrones que huecos o viceversa, permitiendo así variar la conductividad y propiedades de este material. Semiconductor anfóteros: Por su composición de dopaje adquieren características que les da la posibilidad de reaccionar como hidrácido o como bases en ciertas condiciones ambientes .

Tipos de semiconductores Semiconductores Directos: En semiconductores directos la transición se realiza en la parte baja de la banda de conducción en T = 0k, con el máximo de la banda de valencia. Este hecho permite que pueda darse la mínima transición energética entre las dos bandas sin que haya un cambio en el momento lineal (debido a que k no varía). En este tipo de transiciones se observa un fotón simultáneamente a la transición electrónica entre bandas. Los semiconductores como: GaAs, InP, Ingaes, etc. son semiconductores de banda de separación directa y óptimamente activos. Semiconductores Indirectos: En semiconductores indirectos, la forma de las bandas es tal que el mínimo de la banda de conducción y el máximo de la banda de valencia no ocurre para el mismo valor de k. Lo que implica que una transición electrónica entre Banda de valencia y Banda de conducción debe llevar aparejado un proceso que da cuenta del cambio de momento lineal necesario. En la práctica esto implica que el electrón debe primero realizar una transición hacia otro estado (es un estado energético provocado por la presencia de algún defecto en la red) y desde ahí realizar la transición entre bandas sin intercambio de momento.