Lecc1a

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ELECTRÓNICA FÍSICAELECTRÓNICA FÍSICA
uu ObjetivoObjetivo
uu BasesBases del programadel programa
uu Estructura del programaEstructura del programa
uu BibliografíaBibliografía
uu EvaluaciónEvaluación
uu Proporcionar una introducciProporcionar una introduccióón a las n a las 
propiedades de transporte de los propiedades de transporte de los 
semiconductores (estadsemiconductores (estadíística de electrones stica de electrones 
y huecos, dispersiy huecos, dispersióón de portadores, n de portadores, 
generacigeneracióón y recombinacin y recombinacióón de portadores n de portadores 
fuera de equilibrio).fuera de equilibrio).
uuMostrar cMostrar cóómo esas propiedades, junto con mo esas propiedades, junto con 
las las propiedades propiedades óópticaspticas, determinan las , determinan las 
caractercaracteríísticassticas, , eficienciaeficiencia y y limitacioneslimitaciones de de 
algunos algunos dispositivos electrdispositivos electróónicos y nicos y 
optoelectroptoelectróónicosnicos bbáásicos.sicos.
BasesBases del programadel programa de “de “Electrónica FísicaElectrónica Física””
uu Contenido fijado por el DescriptorContenido fijado por el Descriptor
IntroducciónIntroducción a la a la físicafísica de de semiconductoressemiconductores y y 
dispositivos electrónicosdispositivos electrónicos
uu OrdenOrden de la de la exposiciónexposición
EstructuraEstructura
de bandasde bandas
PropiedadesPropiedades de de 
transportetransporte
uu SelecciónSelección de de dispositivosdispositivos a a estudiarestudiar
Dispositivos Dispositivos 
electrónicoselectrónicos
uu Dispositivos básicosDispositivos básicos que que sirvensirven de base a de base a otrosotros
uu DispositivosDispositivos que que ilustranilustran la la influenciainfluencia de las de las 
propiedades físicas del materialpropiedades físicas del material
A) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE A) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE 
SEMICONDUCTORESSEMICONDUCTORES
Lección 1.- INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A LAS PROPIEDADES DE N A LAS PROPIEDADES DE 
TRANSPORTE DE LOS SEMICONDUCTORES: TEORTRANSPORTE DE LOS SEMICONDUCTORES: TEORÍÍA A 
SEMICLSEMICLÁÁSICA.SICA.
Lección 2.- ESTADESTADÍÍSTICA DE ELECTRONES Y STICA DE ELECTRONES Y 
HUECOS.HUECOS.
Lección 3.- TEORTEORÍÍA GENERAL DE LAS PROPIEDADES A GENERAL DE LAS PROPIEDADES 
DE TRANSPORTE.DE TRANSPORTE.
Lección 4.- DISPERSIDISPERSIÓÓN DE LOS PORTADORES.N DE LOS PORTADORES.
Lección 5.- PORTADORES FUERA DE EQUILIBRIO.PORTADORES FUERA DE EQUILIBRIO.
B) FÍSICA DE LOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS B) FÍSICA DE LOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 
BÁSICOSBÁSICOS
Lección 6.- EL DIODO TEL DIODO TÚÚNEL Y LAS HETEROUNIONES PNNEL Y LAS HETEROUNIONES PN
Lección 7.- DIODOS SCHOTTKY Y DISPOSITIVOS MOSDIODOS SCHOTTKY Y DISPOSITIVOS MOS
Lección 8.- DISPOSITIVOS GUNN.DISPOSITIVOS GUNN.
Lección 9.- CCÉÉLULAS SOLARES.LULAS SOLARES.
Lección 10.- FOTODETECTORES FOTODETECTORES 
Lección 11.- DISPOSITIVOS EMISORES: LEDS.DISPOSITIVOS EMISORES: LEDS.
EL DIODO PN Y EL DIODO TEL DIODO PN Y EL DIODO TÚÚNEL.NEL.
Lección 12.- LLÁÁSERES SEMICONDUCTORESSERES SEMICONDUCTORES
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Física de semiconductores :
- "Semiconductor physics", K. Seeger, Ed. Springer-Verlag, Berlín, 1982.
- "Física del estado sólido y de semiconductores", J.P. McKelvey, Ed.
Limusa, Méjico, 1976.
- "Physics of semiconductors”, B. Sapoval, C. Hermann, Springer-Verlag, 
1995.
- "Semiconductor physical electronics", S.L. Sheng, Ed. Plenum Press,
New York, 1993.
- “Fundamentals of semiconductors”, P.Y. Yu y M. Cardona, Springer-
Verlag, 1996.
- "Basic semiconductor Physics", C. Hamaguchi, Springer-Verlag, Berlín 
2001
- "Physique des semiconducteurs et des composants électroniques", H.
Mathieu, Masson, Paris, 1998.
- "La physique des semiconducteurs", P. Kireev, Ed. Mir, Moscú, 1975.
- "Física de los semiconductores", K.V. Shalimova, Ed. Mir, Moscú, 1975.
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Dispositivos electrónicos: :
- "Physics of semiconductor devices", S.N. Sze, Ed. John Wiley, New York, 
1981.
- "Fundamentos de electrónica física y microelectrónica", J.M. Albella, J.M. 
Martínez-Duart, Ed. Addison-Wesley/U.A. Madrid, 1996.
- "Physique des semiconducteurs et des composants électroniques", H.
Mathieu, Masson, Paris, 1998.
Dispositivos optoelectrónicos:
 "Optical electronics", A. Yariv, Ed. Holt Saunders, 1985.
- "Optoélectronique", E. Rosencher, B. Vinter, Ed. Masson, Paris, 1998
- "Physics of semiconductor devices", S.N. Sze, Ed. John Wiley, New York, 
1981.
 "Semiconductor laser physics", W.W. Chow, S.W. Koch, M. Sargent, Ed.
Springer Verlag, Berlín, 1994
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Física de los sólidos :
- "Solid state physics", N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, Ed. Holt-Saunders, 
1976.
- "Introduction to solid state physics", C. Kittel, Ed. John Wiley, 1976.
- "Solid state physics", H. Ibach, H. Lüth, Ed. Springer-Verlag, Berlín, 1995.
- "Introduction to solid state theory", O. Madelung, Ed. Springer-Verlag, 
Berlín, 1981
EVALUACIÓNEVALUACIÓN
EXAMEN :
Una parte de teoría, consistente básicamente en cuestiones (3/4) y otra de 
problemas (1/4). Se podrá presentar un trabajo bibliográfico para subir nota 
(hasta 1 punto).
TRABAJO/EXPOSICIÓN
Presentación de un trabajo bibliográfico relacionado con los contenidos de 
la asignatura y exposición pública de dicho trabajo. El tema del trabajo 
puede ser sobre un semiconductor y sus aplicaciones a dispositivos o
sobre un dispositivo con una introducción sobre los semiconductores que
se usan en su fabricación.
 B C N O
 Al Si P S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi Po
IIB IIIB IVB VB VIB
Semiconductores Semiconductores 
elementaleselementales Estructura diamante
Configuración 
sp3
 B C N O
 Al Si P S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi Po
IIB IIIB IVB VB VIB
Semiconductores Semiconductores 
compuestoscompuestos
Estructura zinc-blenda
Configuración 
sp3IIIIII--V: V: GaAsGaAs, , InPInP, , GaNGaN, etc, etc
IIII--VI: VI: ZnSeZnSe, CdTe, , CdTe, HgSeHgSe, etc, etc
Estructura zinc-blenda
Configuración 
sp3
Coordinación 
tetraédrica
Enlace 
covalente
Estructura NaCl
Capas 
completas
Coordinación 
octaédrica
Enlace 
iónico
GaAsGaAs, , ZnSeZnSe, , CuBrCuBr MgOMgO, , KClKCl
Ea
Ee
Eae
Enlace químicoEnlace químico
2 
Estados 
2 
Antienlazante
Enlazante
Orbitales s del Orbitales s del 
carbono en la carbono en la 
molécula de molécula de 
bencenobenceno
+ +
+ +
+ +
6 E6 E
+ +
- -
+ -
+ 0
0 -
+ -
4 E4 E
+ -
- +
+ +
+ 0
0 +
- -
2 E2 E
- +
- +
+ -
0 E0 E
Molécula deMolécula de
BuckminsterBuckminster--fullerenofullereno
Banda de 
conducción
(vacía)
Estructura electrónica Estructura electrónica 
de los semiconductoresde los semiconductores
Banda Banda 
prohibidaprohibida
Banda de Banda de 
valencia valencia 
(llena)(llena)
EECC
EEgg
EEVV
( )n N N ei C V
E
kT
g
=
−
1
2
)rU( = )R+rU( 
)r( )kE(=)r()rU(+
2m
 = )r(H kk
2
k
rrr
rrrrhr
rrr ΨΨ





∆Ψ
2
)r(u = )R+r(u )r(ue = kkk
r.ki
k
rrrr
rrr
rr
rΨ
Estados electrónicos en el campo periódicoEstados electrónicos en el campo periódico
Funciones de Funciones de BlochBloch
Naturaleza química de las bandasNaturaleza química de las bandas
 )r(ue = k
r.ki
k
r
r
rr
rΨ )rR(e =
n
n
R.ki
k
n∑ +ΦΨ r
rrr
r
Centro de zona: k=0
Bandas “s”
Estado enlazante
 )rR( =
n
nk ∑ +ΦΨ
rr
r
+ +
a
+ + + + ++
Borde de zona: k=π/a
Bandas “s”
Estado antienlazante
( ) )rR(=
n
n
n
k ∑ +Φ−Ψ
rr
r 1
a
+ - + - + - -+
a
++ +- +
-
+ + + + + +- - - -
Valor intermedio de k : 0<k<π/a
Centro de zona: k=0
Bandas “p”
Estado antienlazante
a
+ + + + + + ++
 )rR( =
n
nk ∑ +ΦΨ
rr
r
Borde de zona: k= π/a
Bandas “p”
Estado enlazante
a
+ - + - + - -+
( ) )rR(=
n
n
n
k ∑ +Φ−Ψ
rr
r 1
EECC
EEgg
EEVV
Estructura de bandas del silicio
Bandas “p”
Bandas “s”
(100) (010)
(001)
Banda Banda 
prohibidaprohibidaBanda de Banda de 
valencia valencia 
(llena)(llena)
EECC
EEgg
EEVV
Banda de 
conducción
(vacía)
Estructura de bandas del silicio
Bandas “p”
Bandas “s”
E
k
Eg
Ev
Ec
 
m
kE=)k(
C
CC *
22
2
hr
+ε
 
m
kE=)k(
V
VV *
22
2
hr
−ε
GaAsGaAs ZnSeZnSe
InSe InSe ((EEgg=1.4 =1.4 eVeV)) GaSeGaSe ((EEgg=2.0 =2.0 eVeV))
GaSGaS ((EEgg=2.5 =2.5 eVeV))
 B C N O
 Al Si P S
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te
Hg Tl Pb Bi Po
IIB IIIB IVB VB VIB
C-d 
(4 eV)
BN
(4 eV)
BeO
(5 eV)
GaN
(3.3 eV)
Si 
(1,06 eV)
AlP
(2,5eV)
MgS
(4 eV)
GaP
(2.0 eV)
Ge 
(0.66eV)
GaAs
(1.4 eV)
ZnSe
(2.6 eV)
GaAs
(1.4 eV)
Sn
(0,02 eV)
InSb
(0.2 eV)
CdSe
(2 eV)
GaSb
(0.7 eV)
GaAsGaAs ZnSeZnSe
GaAsGaAs (directo)(directo) Si (indirecto)Si (indirecto)
E
k
Eg
Ev
Ec
k
E
Eg
Ev
Ec
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
hν (eV)
GaN, ZnO
GaP
GaAs
GaxAl1-xAsxP1-x
GaxIn1-xAsxSb1-x
GaxIn1-xN
SnxPb1-xSexTe1-x
Si
EmisiónEmisión DetecciónDetección
GaxIn1-xAsx
Ge
InSb
HgxCd1-xTex
AplicacionesAplicaciones
TeledetecciónTeledetección
AnálisisAnálisis
ComunicacionesComunicaciones
ópticasópticas
AnálisisAnálisis
ZnSe, ZnTe
GaN, ZnO
λ (µm)
0.3
0.4
0.6
1.0
2.0
10
AlN, BeO
LEDS y LEDS y láseres láseres de de GaNGaN