Power Point 3

Fonón: es un modo cuantizado de vibración que tiene lugar en redes cristalinas como la red atómica del sólido. El estudio de los fonones es una parte importante en la física del estado sólido debido a que los fonones juegan un papel importante en muchas de la propiedades físicas incluyendo las conductividades térmicas y eléctricas. En particular la propiedades de los fonones de longitud de onda larga dan lugar al sonido en los sólidos, de aquí el nombre del fonón.

Espectros de Fonones medidos en Ge, Si y GaAs, donde TO significa modos ópticos transversales, LO significa modos ópticos longitudinales. TA significa modos acústicos transversales y LA modos acústicos longitudinales.

Son las propiedades basadas en el comportamiento de los materiales en presencia de ondas luminosas (luz).

Transiciones ópticas: a-y bTransición directa, c-Fonones involucrados en una transición indirecta.

Son las propiedades basadas en la reacción de un material durante cambios de temperatura.

Conductividad térmica en función de la temperatura medida para Ge, Si, GaAs, Cu, Diamante tipo II y SiO2..

•Comportamiento del coeficiente de absorción para diferentes materiales semiconductores.

Forma diferencial de la ley de Faraday

Ley de Gauss

Forma diferencial de la ley de Ampere para materiales.

Ley de Gauss para campos magnéticos en materiales.

Es la corriente debida a la diferencia de concentración de portadores.

Densidad de corriente para electrones

Densidad de corriente para huecos

Donde: δp= Variación de la concentración de huecos (atm/cm3). δn= Variación de la concentración de electrones (atm/cm3). Jp= Densidad de corriente de huecos en el interior del semiconductor (A/cm2). Jn= Densidad de corriente de electrones en el interior del semiconductor (A/cm2).

•Es un proceso mediante el cual se parte de un material semiconductor sobre el que se coloca un material dopante y se calienta el conjunto hasta que reaccionan los dos materiales.

•El primer proceso es una difusión tipo n en una oblea tipo p para formar la región de la base. Luego, se difunde o se une en aleación el emisor tipo p a la base tipo n. después se hace una corrosión para reducir la capacitancia de la unión del colector. El termino "mesa" se deriva de su similitud con la formación geográfica. La técnica de difusión permite un control muy preciso de los niveles de dopado y el espesor de las diversas regiones.

•Es un proceso mediante el cual se parte de un material semiconductor sobre el que se coloca un material dopante y se calienta el conjunto hasta que reaccionan los dos materiales.

•La implantación iónica es una técnica de modificación superficial que consiste en la introducción de átomos de un elemento escogido, dentro de las primeras capas superficiales de un material.

•Es la región donde no existen portadores libres.

Distribución de caga espacial. Las líneas entrecortadas indican la parte posterior de la distribución de los portadores mayoritarios.

Donde: Jp y Jn: densidad de corriente de huecos (p) y electrones (n). pno y npo: portadores minoritarios. V: diferencia de potencial electrostático a través de la unión. ND: Iones positivos debido a las impurezas donadoras que han perdido electrones. NA: Iones negativos debido a las impurezas aceptoras que han ganado electrones. W: ancho de la región de vaciamiento.

•Distribución de campo eléctrico.

•Distribución de carga espacial

Ecuación de Poisson

Campo máximo

Ancho de la región de vaciamiento

Capacitancia

•Anchura y capacidad de la capa de vaciamiento por unidad de área en función del gradiente de impurezas para la unión gradual lineal en Si. La línea intercortada es para el caso de tensión de polarización cero.

•Gradiente de la Tensión de uniones graduales lineales de Ge, Si y GaAs.

•Electrones

•Diferencia de potencial electrostático

•Huecos

•Las densidades de corriente de electrones y huecos son iguales en equilibrio térmico.

•De las ecuaciones de continuidad en estado estacionario

•Se asume baja inyección

Ecuación de Schockley Condición de frontera Luego, la solución de la ecuación diferencial:

Js: densidad de corriente de saturación que depende de la temperatura.

Curva característi ca ideal de voltaje Vs. Corriente. Graficació n lineal.

•Polarización directa

Polarización inversa.

Distribución de portadores y densidades de corriente.

Curva característica ideal de voltaje Vs. Corriente. Graficación semilogarítmica.

Generación: ocurre cuando un electrón gana energía suficiente para promocionarse de la banda de valencia a la banda de conducción, y se genera un par electrón-hueco.

Jgen: Densidad de corriente generada.

Recombinación: ocurre cuando un electrón libre puede ser capturado por un hueco (enlace vacío) de la red.

Velocidad de generación de pares.

Curva Característica CorrienteTensión de un diodo de Si práctico: a-Región de corriente de generación-recombinación. bRegión de difusión de corriente. c-Región de alta inyección. d-Efecto de resistencia serie. e-Corriente de fuga inversa debida a la generación-recombinación y a los efectos superficiales.

Concentración de portadores, nivel intrínseco de Fermi (ψ) para una unión p-n operando para diferentes densidades de corriente: a-10A/cm2. b-103A/cm2. c-104A/cm2.

Para alta inyección, debido a la resistencia finita de la región neutra, se genera un valor de tensión apreciable.

En estado estable, cierta cantidad de exceso de carga de portadores minoritarios se almacena en la mayor parte de cada una de las regiones P y N con carga neutra. Si cambia la tensión entre terminales, este cambio finaliza antes de que se alcance un nuevo estado estable. Este fenómeno de carga y almacenamiento se le conoce como capacitancia de difusión.

Τp:Tiempo de vida de los Portadores minoritarios.

Capacitancia de difusión

Conductancia y capacidad de difusión normada en función de ωτ. Se ha agregado el circuito equivalente de la unión pn par polarización directa.

Conductancia y capacidad de difusión normada en función de ωτ. Se ha agregado el circuito equivalente de la unión pn par polarización directa.

•La capacitancia de difusión decrece al incrementar la frecuencia. •Para altas frecuencias cd~w-1/2. •Estos dispositivos no responden a altas frecuencias.

Es un efecto mecanocuántico que consiste en que una partícula pueda atravesar una barrera de potencial sin tener energía suficiente para rebasarla por encima (en el sentido clásico) debido a que la probabilidad de que la partícula se encuentre al otro lado de la barrera es no nula.

Donde: Tt: probabilidad de transmisión mecánica-cuántica. V: tensión aplicada. m*: masa efectiva. Eg: anchura energética de la banda prohibida. E: campo eléctrico de la unión.

Curva Característica Corriente-Tensión de la ruptura por efecto Túnel.

Es cuando se aplican altos voltajes de polarización, los portadores de carga libres se desplazan rápidamente, con mayor energía y liberan nuevos portadores secundarios, los cuales también son capaces de producir nuevos portadores.

Tensión de avalancha de ruptura en función de la concentración de impurezas para una unión abrupta unilateral de Ge, Si, GaAs y GaP con orientación (100). La línea intercortada indica el dopado máximo mas allá de la cual el mecanismo túnel domina la respuesta característica de la ruptura de tensión.

Dependencia que muestra la orientación de la tensión de ruptura de avalancha en una unión abrupta unilateral de la unión GaAs. Se compara Vb en la orientación <111> y <110> con respecto a <100>. Para Nb~1016 la tensión de ruptura es independiente de la orientación.

Tensión de ruptura de avalancha en función del gradiente de impurezas para uniones ordenadas linealmente de Ge, Si. GaAs y GaP orientadas en dirección (100). La línea intercortada indica el gradiente máximo mas allá del cual se establece el mecanismo túnel.

Anchura de la capa de vaciamiento y campo máximo para la ruptura de uniones abruptas unilaterales de Ge, Si, GaAs y GaP con orientación (100).

Los campos se intensifican a menor anchura de la región de vaciamiento.

Tensión de ruptura para uniones difusas. Se ha agregado la distribución de carga espacial.

Anchura de la capa de vaciamiento y campo máximo para ruptura de uniones ordenadas linealmente de Ge, Si, GaAs y GaP con orientación (100).

Tensión de ruptura para uniones p+-πn+y p+-v-n+,donde π representa un material tipo p débilmente dopado y v un material tipo n débilmente dopado. W representa el espesor de la región π o v.

Tensión de ruptura de avalancha normado en función de la temperatura de la estructura cristalina. La tensión de ruptura se incrementa con la temperatura.

Dependencia de la Temperatura de la curva característica inversa I-V de un diodo de Si n+-p libre de microplasma con NB=2,5x1016cm-3y un anillo de seguridad de tipo n. El coeficiente de temperatura es 0.024V/°C.

Tensión de ruptura normada de la unión cilíndrica y esférica en función del radio de la curvatura normado.

Respuesta transitoria.

Circuito de conmutación básico.

•t1: intervalo de corriente constante.

•En polarización directa If fluye en la unión para t=0.

•t2: intervalo de caída de corriente. •t1 y t2: tiempo de tránsito. Tiempo en el que la corriente alcanza el 10% de IR.

•Para t=0 se conmuta s a la derecha. •Fluye una corriente inicial inversa.

•Distribución de portadores minoritarios para varios intervalos de tiempo. Tensión de la unión en función del tiempo.

Es la perturbación que sufre la señal en el proceso comunicativo. B: ancho de banda en Hz.

Es el ruido producido por el movimiento de los electrones en los elementos integrantes de los circuitos, tales como conductores, semiconductores, tubos de vacío, etc. Se trata de un ruido blanco, es decir, uniformemente distribuido en el espectro de frecuencias.

R: parte real de la impedancia.

Para bajas frecuencias. Para baja inyección el ruido total se desprecia. T: temperatura absoluta Promedio cuadrado de corriente de deriva. Es independiente de la frecuencia.