FÍSICA DE SEMICONDUCTORES BANDAS DE ENERGÍA UN Tatiana Andrea Gracia Prada -fsc11Tatiana- 14-06-15

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

De Niveles Discretos a Bandas de Energía En la estructura atómica aislada existen niveles discretos de energía (individuales) asociados con cada electrón que orbita. Cada material tendrá su propio conjunto permitido de niveles de energía para los electrones en su estructura atómica. Mientras más distante se encuentre del núcleo, mayor será su estado de energía. Además, cualquier que haya abandonado a su átomo tendrá un estado de energía mayor que cualquier dentro de la estructura atómica.

De Niveles Discretos a Bandas de Energía Entre los niveles de energía discretos existen bandas de energía vacías, brechas, en las que ningún electrón en la estructura atómica aislada puede permanecer. A medida que losa tomos de un material se unen para formar la red de estructura cristalina, existirá una interacción entre los átomos, que tiene como efecto que los electrones de una órbita particular de un átomo tengan niveles de energía ligeramente diferentes de los electrones de un átomo adyacente en la misma órbita. El resultado neto será un incremento de los niveles discretos de los estados de energía disponibles de los electrones de valencia hacia las bandas.

Tipos de materiales en función de la conducción eléctrica Desde el punto de vista eléctrico, los materiales se clasifican en aislantes, semiconductores y conductores, atendiendo al valor de su conductividad. Materiales Aislantes Cada solido tiene su propia estructura de bandas de energía. Esta variación permite que haya un gran espectro de características eléctricas entre los materiales. A continuación se presentan las tres clases de materiales. Los aislantes, presentan una banda de valencia llena de electrones, separada de una banda de conducción que permanece vacía por una banda que contiene un estado de energía prohibido. En este material, los electrones permaneces ligados a los átomos aunque se le aplique un cambio alto de temperatura.

Materiales Semiconductores Los semiconductores se caracterizan por tener una gran resistividad cuando se está a una temperatura de 0°K. Esto es común a los materiales conocidos como aislantes. La diferencia yace en la distancia que existe en la banda prohibida, que es mucho más pequeña en el caso de los semiconductores. Por ejemplo, el Silicio tiene una banda prohibida, de alrededor de 1.1eV comparado con una de 5eV que presenta el diamante.

Materiales Metales En el caso de los metales, las bandas se sobreponen o están parcialmente llenas. Esto permite que los electrones se puedan mover libremente bajo la influencia de un campo eléctrico. Como consecuencia, los metales presentan una gran conductividad. Finalmente, se presenta una gráfica que describe las estructuras de banda de los tres materiales a una temperatura de 0°K.

Materiales intrínsecos, extrínsecos y anfóteros Intrínseco: se le denomina intrínseco a un material semiconductor que esta echo de un solo tipo de elemento. Extrínseco: son materiales semiconductores que poseen “dopaje”, es decir una cierta cantidad de átomos de otro material que permiten niveles intermedios entre la banda de conducción y de valencia. Anfótero: son semiconductores cuya composición de dopaje les da características de que a ciertas condiciones ambientales puedan reaccionar como hidrácido o como bases. Intrínseco Extrínseco

Tipos de Semiconductores Directos e indirectos En un semiconductor directo como el caso del GaAs, un electrón en la banda de conducción puede llegar a un estado vacío de la banda de valencia emitiendo una diferencia de energía como un fotón de luz. En un semiconductor indirecto como es el Silicio (Si), el electrón en mínimo valor de la banda de conducción, no puede pasar directamente a la banda de valencia sin haber recibido un impulso. Parte de la energía en este material se da por medio de calor.